CN1195177C - 穿墙式中央空调 - Google Patents

Abstract

穿墙式中央空调由一只主机配0～4只子机组成，主机与子机之间通过多芯电缆连接，主机设有整套装置的控制***，可单设或同设独立制冷***和新风换气装置，而子机仅含一套独立制冷***，没有独立控制装置和四通换向阀，子机单机的制冷量不超过2500W，子机数量根据房间空调负荷的大小配置。本发明的优点在于只需一只主机和几只子机两种规格的空调装置就能满足所有房间的空调要求，同时主机和子机的安装非常简单，不再需要专业化服务。

Description

穿墙式中央空调

技术领域    本发明涉及一种采用蒸气压缩制冷循环的小型空调装置，具体地说，涉及一种采用中央控制的模块化的整体式空调器。

背景技术    现有的房间空调器基本上分为整体式和分体式两类，根据室内机组结构和安装方式的不同，它们又可分成窗式、挂壁式、吊顶式、埋入式、嵌入式、柜式及落地式。一般说来，空调器是通过顺次地进行制冷剂的压缩、冷凝、膨胀和蒸发这一循环来降低室内温度的。分体式空调器分成室外机组和室内机组，其中室外机组容纳有压缩机和冷凝器，室内机组容纳有蒸发器和膨胀装置，室外机组和室内机组之间通过两条制冷剂管路连接，其安装需要很强的专业化服务。窗式空调器具有一个壳体，室外单元和室内单元共同装在壳体内，其中室外单元容纳有压缩机和冷凝器，室内单元容纳有毛细管和蒸发器，由于受到噪音和体型的限制，窗式空调器通常规格都不超过2P，难以满足大房间的空调要求。为了实现热泵制热，上述空调器无一例外都需要增加一个四通换向阀以改变制冷剂流向，不仅增加了空调器成本，也降低了整机的可靠性。另外各种空调器通常采用一一对应的方式来匹配不同房间的空调负荷，所以每种类型的机组又设计为若干种规格型号，使得空调器的安装维修都更加难以标准化。

发明内容    本发明的主要目的是提供一种规格少但能满足不同房间空调负荷，安装简单，同时不设四通换向阀也能实现热泵制热的空调器。

本发明的其它目的和优点将部分地在下述说明中予以说明，部分体现在从说明书显而易见或者从本发明的实施可以获知的范围中。

为了实现上述目标，本发明提供一种穿墙式中央空调，它由一只主机配0～4只子机组成，主机和子机都是穿墙式空调机组，主机内设整套装置的控制***，子机是制冷***的功率扩展模块，子机单机的制冷量不超过2500w，主机与子机之间通过多芯电缆连接。主机包括由压缩机、冷凝器、蒸发器、毛细管、冷凝器风机、冷凝器风机电机、蒸发器风机、蒸发器风机电机及储液器、干燥过滤器等制冷附件组成的一套独立制冷装置，由空气-空气热交换器与新风排风风机组成的一套新风、排风热交换装置，由底盘、外壳、含进出风口的蒸发器侧面板和冷凝器侧面板组成的机箱以及控制电路板等组成。而子机在由底盘、外壳、含进出风口的蒸发器侧面板和冷凝器侧面板组成的机箱内仅含一套由压缩机、冷凝器、蒸发器、制冷制热毛细管、冷凝器风机、冷凝器风机电机、蒸发器风机、蒸发器风机电机及储液器、干燥过滤器、除霜电磁阀、毛细管关闭电磁阀等制冷附件组成的一套独立制冷装置，没有独立的控制电路和空气-空气热交换装置，因而子机是不能单独使用的。主机和子机内部均由隔热层分隔为室内单元和室外单元两部分，主机外壳上设有0～4只主机插座供子机使用，子机外壳两侧相对应的位置各设有一个相应的子机插座，主机与子机之间通过多芯电缆连接。小房间如果主机本身能够满足其空调负荷需求，则不需配置子机，主机单独使用，另外主机蒸发器送风口内侧可以设置辅助电热装置；空调负荷较大的房间主机无法满足其空调要求时，则根据房间空调负荷的大小配置相应数量的子机。主机和子机均采用长方体外形，直接安放在与其尺寸对应的带内外翻边的筒形安装预埋件中，主机和子机都设有活动拉手，可方便地从墙体安装预埋件中抽出来。因为无论是夏季制冷运行还是冬季制热运行，室外单元的换热温差通常都低于室内单元的换热温差，同时由于冷凝器和蒸发器尺寸的限制，要求室外单元的通风量远大于室内单元的通风量，所以子机冷凝器风机电机和蒸发器风机电机均采用双速电机，并且高低转速情况下各自的风量差别均在一倍以上。子机不设四通换向阀，制冷时蒸发器位于室内单元，冷凝器位于室外单元，蒸发器风机低速运转，冷凝器风机高速运转；拔下子机与主机之间的多芯电缆插头，把子机旋转180°重新装上，就转入制热运行，制热时蒸发器位于室外单元，冷凝器位于室内单元，蒸发器风机高速运转，冷凝器风机低速运转。

本发明的优点在于只需一只主机和几只子机两种规格的空调装置就能满足所有房间的空调要求，同时主机和子机的制冷***又是各自独立的，使得空调器的安装非常简单，不再需要专业化服务；另外由于子机只需旋转180°使用就能完成制冷制热的转换，不再需要四通换向阀，除霜时也不用停机，不但降低了产品成本，也提高了机组的可靠性。

附图说明    通过下述对实施例的详细描述并参照附图，本发明的其它目的和优点将变得更加明显并得到更加清晰的理解。附图中：

图1为一只主机带两只子机在窗台下穿墙安装示意图。

图2为主机制冷循环原理图。

图3为子机制冷循环原理图。

图4为主机实施例1正向示意图。

图4A为图4中画圈区域A的放大视图。

图5为主机实施例1后向示意图。

图6为主机实施例1左向示意图。

图6A为图6中画圈区域A的放大视图。

图7为主机实施例1右向示意图。

图8为主机实施例1仰视示意图。

图8A为图8中画圈区域A的放大视图。

图9为子机实施例1，2正向或后向示意图。

图10为子机实施例1，2左向示意图。

图11为安装预埋件侧面剖视图。

图12为安装预埋件前视图。

图13为子机实施例3正向或后向示意图。

图14为子机实施例3俯视结构放大示意图。

图15为子机内部电路原理图。

图16为多芯电缆示意图。

图17为主机实施例1控制电路原理图。

图18为主机实施例1结构分解示意图。

图19为子机实施例1结构分解示意图。

图19A为图19中画圈区域A的放大视图。

图20为主机实施例1侧视结构放大示意图。

图21为主机实施例2侧视结构放大示意图。

图22为子机实施例1侧视结构放大示意图。

图23为子机实施例2侧视结构放大示意图。

部件编号	部件名称	部件编号	部件名称	部件编号	部件名称
						1	主机	19	外壳	37	冷凝器进风口
2	子机	20	活动拉手	38	冷凝器出风口
						3	多芯电缆	21	橡胶减震垫	39	除霜电磁阀
4	安装预埋件	22	储液器	40	毛细管关闭电磁阀
						5	接线盒	23	消音器	41	过滤网
6	压缩机	24	干燥过滤器	42	主机插座

7	冷凝器	25	蒸发器接水盘	43	ss开关
						8	蒸发器	26	导水管	44	子机插座
9	毛细管	27	水冷帽	45	蜗壳
						10	冷凝器风机	28	新风进风口	46	蜗舌
11	冷凝器风机电机	29	排风进风口	47	铰链
						12	蒸发器风机	30	新风出风口	48	按扣
13	蒸发器风机电机	31	排风出风口	49	接线盒盖板
						14	底盘	32	辅助电热元件	50	隔热层
15	空气-空气热交换器	33	螺丝	51	活动拉手滑套
						16	新风排风风机	34	显示面板	52	拉手缝隙
17	蒸发器侧面板	35	蒸发器进风口	53	多芯电缆插头
						18	冷凝器侧面板	36	蒸发器出风口

具体实施方式    穿墙式中央空调由一只主机1、0～4只子机2和相应的多芯电缆3、安装预埋件4组成，其中主机1和子机2都是穿墙式空调机组，主机1与子机2通过多芯电缆3连接，所不同的是主机1内设整套装置的控制***和一套新风、排风热交换装置，子机2仅是一台没有独立的控制电路和新风、排风热交换装置的单冷型机组，子机2数量根据房间空调负荷确定，图1显示的是一只主机1带两只子机2的情形。主机1单向使用，在其蒸发器侧面板17上设有显示面板34，冷凝器侧面板18上则没有显示面板34，主机1外壳19单侧设有0～4只主机插座42，每一只主机插座42上附设有一只ss开关43；因为单向使用，所以主机1仅在蒸发器侧设有活动拉手20。子机2双向使用，子机2蒸发器侧面板17和冷凝器侧面板18上都不设显示面板34，但在其两侧均设有活动拉手20，在主机1和子机2活动拉手20穿过面板的地方均有一条拉手缝隙52，作为活动拉手20进出通道，如图4A所示，另外子机2外壳19左右两侧均设有子机插座44。主机1与子机2都采用竖长方体形状，并且在实施例中采用相同的外形尺寸宽×高×深＝W1×H1×D1，主机1与子机2均***安装在筒形的安装预埋件4中，安装预埋件4的内空尺寸宽×高＝W2×H2分别比主机1和子机2外形尺寸W1×H1大0.5～4mm的配合间隙，同时安装预埋件4外侧向内翻边成直角状，以阻挡主机1和子机2安装时向外坠落，翻边后外侧净空尺寸W3×H3分别比主机1和子机2外形尺寸W1×H1小20～60mm；安装预埋件4内侧向外翻边成直角状，以盖住墙洞缝隙，内侧向外翻边后的外边尺寸W4×H4则分别比主机1和子机2外形尺寸W1×H1大20～80mm。安装预埋件4的一侧设有接线盒5，接线盒5的位置与主机1或子机2安装就位后主机插座42或一侧的子机插座44正好相对，子机2旋转180°安装后另一侧的子机插座44也正好和接线盒5相对。接线盒5采用绝缘塑料制作，上面接线盒盖板49一侧用铰链47与盒体相连，另一侧采用按扣48扣在盒体上，需要拆机时按开接线盒盖板49，拔下多芯电缆插头53，拉住活动拉手20就可把主机1或子机2抽出来修理、清洗或调换子机2方向。

主机1制冷循环流程为压缩机6→冷凝器7→干燥过滤器24→毛细管9→蒸发器8→储液器22→压缩机6。子机2制冷***比主机1制冷***多一只常闭除霜电磁阀39、两只毛细管关闭电磁阀40和一根制热毛细管9及相关连接管道，两只毛细管关闭电磁阀40总是一开一闭，其中控制夏季制冷毛细管9的电磁阀40为常开电磁阀，控制冬季制热毛细管9的电磁阀40为常闭电磁阀。子机2制冷循环流程为压缩机6→冷凝器7→干燥过滤器24→制冷毛细管关闭电磁阀40→制冷毛细管9→蒸发器8→储液器22→压缩机6，制热循环流程为压缩机6→冷凝器7→干燥过滤器24→制热毛细管关闭电磁阀40→制热毛细管9→蒸发器8→储液器22→压缩机6，制冷制热都是单向流动，所不同的是制冷时蒸发器8位于室内侧，冷凝器7位于室外侧，而制热时蒸发器8位于室外侧，冷凝器7位于室内侧。另外子机2冷凝器风机电机11和蒸发器风机电机13都是采用双速电机，并且高低转速情况下各自的风量差别均在一倍以上，子机2制冷运行时蒸发器风机电机13低速运转，冷凝器风机电机11高速运转，制热运行时蒸发器风机电机13高速运转，冷凝器风机电机11低速运转，以满足蒸发器8和冷凝器7各自在不同工况下的风量需求。

主机1内部设有空气-空气热交换器15，空气-空气热交换器15的新风出风口30和排风出风口31处各设有一只风机16，用于控制空气-空气热交换器15的进风和排风，两只风机总是同时启动。

本发明控制策略的设计可采用如下方案：机组运行采用室内温度控制，如设定夏季舒适温度区间为24～28°，冬季舒适温度区间为18～22°，同时夏季室外温度每增加(减少)1℃，则室内舒适温度区间上滑(下滑)0.36℃，冬季室外温度每增加(减少)1℃，则室内舒适温度区间上滑(下滑)0.30℃；除霜运行采用室外温度和室外湿度联合控制。由于子机2只有一种规格，可以通过实验确定在不同的室外温度和室外湿度组合情况下达到除霜厚度的运行时间，把实验数据存入主机控制电路的数据存储器，实际运行中通过检测记录各子机1在各种室外温度和室外湿度情况下累计的连续运行时间并与数据存储器中的实验数据比较，从而判定是否需要除霜，除霜时只需打开除霜电磁阀39，使压缩机6排出的高温高压气态制冷剂直接进入蒸发器8化霜，化霜完毕再关闭除霜电磁阀39，子机2又恢复正常运转。通过主机1程序控制还可错开各只子机2化霜时间，另外在有子机2化霜期间如果主机辅助电热没有启动，同时室温低于设定室温下限，则可启动该辅助电热直到子机2化霜完毕，以维持室温的恒定。

机组采用微电脑控制，如图17所示的主机实施例1控制电路原理图中CPU采用8031单片机，它与程序存储器27256、数据存储器6264、I/O扩展芯片8155、数据选择器74LS152相连接；室外温度传感器RTO、室内温度传感器RTI和室外湿度传感器RSH分别与温度模拟/频率转换器TO(NE555)、TI(NE555)和湿度模拟/频率转换器SHD(NE555)相连，经TO、TI和SHD转换而输出的频率信号送至数据选择器74LS152，此外，74LS152还与SS开关43相连，主机实施例1机壳上设有4只主机插座42，每只主机插座42上都有一只SS开关43，如图6A所示，任一只主机插座42插上多芯电缆插头53，该插座的SS开关43就接通，表明该主机插座42连上了一只子机2，有几只SS开关接通就表明主机1连接了几只子机2，但SS开关43与多芯电缆3及子机2本身并无电连接。控制程序固化在程序存储器27256中，当室外温度、湿度、SS开关43的信号经数据选择器74LS152采集并存储后，经CPU进行智能判断和推理演算而从其P1口、8155PA口和PB口输出控制信号至功率驱动器MC1413，再控制继电器K1~K22的吸合或释放，从而对应控制主机1和子机2的多台压缩机、风机、电磁阀供电的通或断，使室内自动达到并且维持在最舒适的状态。

上述图17中的数字传感变送电路TO、TI和SHD也可用常用的A/D转换电路代替，将来自传感器RTO、RTI、RSH的模拟信号转换成数字信号送至数据选择器74LS152。

主机实施例1中两只新风排风风机16高速档用继电器K4控制，低速档用继电器K5控制，冷凝器风机电机11与蒸发器风机电机13用同一只继电器K2控制。子机2内部电路原理图如图15所示，其中压缩机6的进线在子机机壳19两侧的子机插座44内连接在同一位置的接线柱上，主机1内用继电器K9、K13、K17或K21控制。子机2冷凝器风机电机11高速档与蒸发器风机电机13低速档的电源进线连接到子机2制冷侧子机插座44的同一个接线柱上，而子机冷凝器风机电机11低速档与蒸发器风机电机13高速档的电源进线连接到子机2制热侧子机插座44对应的同一个接线柱上，因此制冷或制热时子机2冷凝器风机电机11和蒸发器风机电机13实际上是用主机1中的同一个继电器K10、K14、K18或K22控制的。子机2制热侧子机插座44内还有除霜电磁阀39接线柱和毛细管关闭电磁阀40接线柱，因为两只毛细管关闭电磁阀40总是一开一闭，所以它们共用主机1的一个继电器K8、K12、K16、K20控制，除霜电磁阀39用主机1的另一个继电器K7、K11、K15、K19控制，而子机2制冷侧子机插座44与制热侧子机插座44两个电磁阀接线柱对应的接线柱则悬空。另外主机1还有一个继电器K1控制主机压缩机6，继电器K3控制主机扫风电机(主机结构示意图中未画出)和继电器K5控制主机PTC辅助电热元件32。

从图18和图20中可以看到，主机1由压缩机6、冷凝器7、蒸发器8、毛细管9、冷凝器风机10、冷凝器风机电机11、蒸发器风机12、蒸发器风机电机13、底盘14、空气-空气热交换器15、风机16、蒸发器侧面板17、冷凝器侧面板18、外壳19、活动拉手20、橡胶减震垫21、储液器22、消音器23、干燥过滤器24、蒸发器接水盘25、导水管26、水冷帽27、辅助电热元件32、过滤网41和隔热层50等组成，其中压缩机6和空气-空气热交换器15直接安装在底盘14上。空气-空气热交换器15采用板式热交换器，外形成“凹”字形，新风进风口28设在空气-空气热交换器15室外侧底部，室内排风进风口29设在空气-空气热交换器15室内侧底部，新风出风口30和排风出风口31均朝上设置，新风排风风机16分设在新风出风口30和排风出风口31内。隔热层50把主机1内部分隔成室内单元和室外单元两部分，其中蒸发器8、蒸发器风机12、蒸发器风机电机13、新风出风口30、排风进风口29位于室内单元，压缩机6、冷凝器7、冷凝器风机10、冷凝器风机电机11、新风进风口28、排风出风口31位于室外单元。蒸发器进风口35设在蒸发器侧面板17的中下部，蒸发器出风口36设在蒸发器侧面板17的上部，冷凝器进风口37设在冷凝器侧面板18的中下部，冷凝器出风口38设在冷凝器侧面板18的上部，紧贴蒸发器进风口35内侧和冷凝器进风口37内侧均满布过滤网41，为了拆洗过滤网41方便，主机1和子机2两侧面板的下部都设有一条缝隙，如图8A所示，当主机1或子机2从安装预埋件4中拆出来后就可以用小钩把两面的过滤网41从底部缝隙中拉出来清洗。冷凝器7和蒸发器8分别紧靠冷凝器侧面板18和蒸发器侧面板17内侧安装，其底部分别高于排风出风口31和新风出风口30顶部，冷凝器7和蒸发器8顶部则分别高于冷凝器出风口38和蒸发器出风口36。在风机16运转的情况下，从冷凝器进风口37进入的新风经过过滤网41过滤后一部分进入新风进风口28，另一部分则直接与冷凝器7进行热交换，从蒸发器进风口35进入的室内回风经过滤网41过滤后一部分进入排风进风口29，另一部分直接与蒸发器8进行热交换；进入新风进风口28的室外新风和进入排风进风口29的室内排风在空气-空气热交换器15内进行充分热交换后分别进入蒸发器风机12和冷凝器风机10，各自与经过蒸发器8和冷凝器7初次热交换后的空气混合后再分别与蒸发器8和冷凝器7进行二次热交换，以增大蒸发器8和冷凝器7两侧的换热温差。同时为在有限的空间里尽可能增大蒸发器风机12和冷凝器风机10的宽度以增大风机风量，蒸发器风机电机13和冷凝器风机电机11均采用外转子异步电动机，分别安装在蒸发器风机12和冷凝器风机10的吸风口内。

在压缩机6顶部设有一只用吸水透气不燃或难燃材料制作的水冷帽27，蒸发器接水盘25底部有一根导水管26连接到水冷帽27上，导水管26中连续充填有吸水材料，通过导水管26中的吸水材料把蒸发器接水盘25中的凝结水抽吸到压缩机6顶部的水冷帽27上，经过水冷帽27的渗透，把凝结水均匀分布到压缩机6顶部，通过凝结水的蒸发吸热，使压缩机6相当于采用半水冷的方式，以提高制冷效率，同时也解决了凝结水的排放问题。

另外在主机和子机外壳19外侧和底盘14底侧设有两条橡胶减震垫21，位置分别靠近室内侧和室外侧，并且形成封闭环路，以减轻机组震动和隔绝室外噪音。主机外壳19上的主机插座42和子机外壳19上的子机插座44呈凹陷状，顶部低于外壳19外表面。外壳19通过螺丝33连接在底盘14上，蒸发器侧面板17和冷凝器侧面板18再用螺丝33连接在外壳19和底盘14上。

主机实施例1和子机实施例1的一个主要共同点是外形尺寸相同，可以采用相同的安装预埋件4，主要区别是子机2不含控制电路、空气-空气热交换器15和显示面板34。因为子机2比主机1在相同的外形尺寸下有更多的内部空间，所以子机2整个制冷***的规格要大于主机1，包括压缩机6、冷凝器风机10、蒸发器风机12、冷凝器7、蒸发器8等，另外子机2制冷***还多一只除霜电磁阀39、两只毛细管控制电磁阀40、一根制热毛细管9及其相应的连接管路，同时子机2两面都设有活动拉手20，所以子机2在蒸发器侧面板17和冷凝器侧面板18的两端都开有拉手缝隙52，而主机1仅在室内侧设有两只活动拉手20，故主机1只有蒸发器侧面板17的两端开有拉手缝隙52。子机2和主机1的活动拉手20都是通过固定在机壳19内侧的活动拉手滑套51限制其只能在垂直于面板的方向滑动，如图19A所示。

主机1可以不设制冷***，内部只设空气-空气热交换器15及风机16，这时可以使室内获得更大的新风量，如图21所示；另外主机1还可以不设空气-空气热交换器15，单设制冷***，以增大主机1制冷量。在这两种情况下主机控制电路和控制程序都需要作相应的改动。

在图23所示的子机实施例2中，蒸发器8和冷凝器7不伸入蒸发器出风口36、冷凝器出风口38中，即蒸发器8和冷凝器7与室内外空气都只进行一次热交换，相应地就减少了机内风压损失，可以获得较远的送风距离。

图13所示的子机实施例3的进出风口均为竖向设置，蒸发器风机12和冷凝器风机10采用贯流风机，出风道则用隔热层50与蜗壳45围成短窄的弧线形风道，同时在蒸发器出风口36和冷凝器出风口38处都设有调节送风方向的蜗舌46，其俯视结构放大示意图如图14所示。

尽管上面描述了本发明的几个实施例，但应理解到，本发明不局限于这几个实施例，本领域的专业技术人员在不脱离权利要求书所限定的本发明的精神和保护范围的情况下可对本发明作各种变换和改进。

Claims (3)

1.一种穿墙式中央空调，其特征是：它由一只主机(1)配0～4只子机(2)组成，主机(1)内设整套装置的控制***，其本身是一只含有新风、排风热交换装置的电热型穿墙式空调机组，子机(2)是制冷***的功率扩展模块，每只子机(2)都是一只没有独立的控制电路和四通换向阀的穿墙式空调机组，子机(2)冷凝器风机电机(11)和蒸发器风机电机(13)都采用双速电机，并且高低转速情况下各自的风量差别均在一倍以上；主机(1)外壳(19)单侧设有0～4只主机插座(42)供子机(2)使用，子机(2)外壳(19)两侧相对应的位置各设有一个子机插座(44)，主机(1)与子机(2)之间通过多芯电缆(3)连接。

2.根据权利要求1所述的穿墙式中央空调，其特征是：主机(1)和子机(2)采用相同的外形尺寸，它们直接安放在与其尺寸对应的筒形安装预埋件(4)中，安装预埋件(4)侧边设有接线盒(5)，接线盒盖板(49)一侧用铰链(47)与盒体相连，另一侧采用按扣(48)扣在盒体上，接线盒(5)的位置与主机(1)或子机(2)安装就位后主机插座(42)或一侧的子机插座(44)正好相对，子机(2)旋转180°安装后另一侧的子机插座(44)也正好和接线盒(5)相对，主机插座(42)和子机插座(44)都呈凹陷状，顶部均低于外壳(19)外表面；主机(1)在室内侧面板设有两只活动拉手(20)，子机(2)在内外两侧面板各设有两只活动拉手(20)，主机(1)和子机(2)活动拉手(20)平时未使用时隐藏在机组内部；主机(1)和子机(2)分别在外壳(19)靠近室内侧和室外侧的位置都设有两条形成封闭环路的橡胶减震垫(21)。

3.根据权利要求1所述的子机(2)，其特征是：它的进出风口均为竖向设置，蒸发器风机(12)和冷凝器风机(10)采用贯流风机，出风道则用隔热层(50)与蜗壳(45)围成短窄的弧线形风道，同时在蒸发器出风口和冷凝器出风口处都设有调节送风方向的蜗舌(46)。

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