基于直膨式毛细管辐射模块智能冷暖系统 |
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| 申请号 | CN201710784365.1 | 申请日 | 2017-09-04 | 公开(公告)号 | CN107436049A | 公开(公告)日 | 2017-12-05 |
| 申请人 | 太原理工大学; | 发明人 | 程远达; 刘宏宇; 贾捷; 王佩珊; 彭伟进; 杜震宇; | ||||
| 摘要 | 一种基于直膨式毛细管 辐射 模 块 智能冷暖系统是将毛细辐射管床板末端分为头部、躯干和腿部三个不同区域，以满足人体不同部位对热舒适性的要求，一方面，由于该系统是基于辐射换热的个性化 空调 系统，实现人体不同部位的热舒适主观调节，因此能够极大地提高人体睡眠的热舒适性；另一方面，该系统直接对人体睡眠区域制冷/制热，其冷热负荷明显降低，从源头上节约了 能源 ，同时由于毛细辐射管床板末端与人体直接 接触 ， 热 泵 所需的 蒸发 /冷凝 温度 大大提高/降低，从而有效提高了热泵系统的COP值，节能效果显著。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种基于直膨式毛细管辐射模块智能冷暖系统，包括毛细管辐射末端床板（1）、压缩机（2）、室外换热器（3）、节流装置（4）、四通换向阀（5）、温度自控装置（6）、温度传感器（7）、小型集水器（12）、小型分水器（13）、电动调节阀（17）及毛细辐射管（14）；其特征在于：将毛细辐射管（14）与床板结合构成毛细管辐射末端床板（1）作为空气源热泵系统的一个换热末端直接为人体供冷/供热； |
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| 说明书全文 | 基于直膨式毛细管辐射模块智能冷暖系统技术领域背景技术[0002] 随着人们生活水平的提高，人们追求更加舒适的生活环境，其中在床上睡觉的时间几乎占了生命的三分之一，现有最为常见的家用分体空调，在一定程度上能够满足人体睡眠环境热舒适的要求，但存在以下两点不足：一是空调采用对流换热，容易形成吹风感，从而影响人体健康和睡眠热舒适；二是人体睡眠时需要保证热环境的区域仅限于床体周边，而对整个房间进行空气调节，存在极大的能源浪费。 [0003] 部分针对人体睡眠热舒适的装置，包括热水袋、电热毯以及部分公开文献报道的温控床等都或多或少存在以上两个问题，对于热水袋来说它能提供的热量有限，难以满足睡眠热舒适要求；电热毯不仅会出现一些安全事故，而且由于电磁辐射的存在会对人体的健康产生危害，除此之外温度也很难控制，人体热舒适性较差，能耗也较为突出；而专利CN 202681236 U中提到的温控床，虽然它能为人体提供冷量/热量，但是它的换热末端是一个整体，不能满足人体不同部位对热舒适的要求，热舒适性程度一般，同时该系统采用半导体制冷/制热，其能耗非常大。因此，开发一个既能提高人体睡眠热舒适性又可以减少空调能耗的制冷/制热系统具有极大的现实意义。 发明内容[0004] 针对上述提到的问题，本发明的目的是提供一个既能提高人体睡眠热舒适性，又可减少空调能耗的制冷/制热的一种基于直膨式毛细管辐射模块智能冷暖系统。 [0005] 为了达到上述目的，本发明提出如下的技术方案。 [0006] 一种基于直膨式毛细管辐射模块智能冷暖系统，包括毛细管辐射末端床板、压缩机、室外换热器、节流装置、四通换向阀、温度自控装置、温度传感器、小型集水器、小型分水器、电动调节阀及毛细辐射管；其特征在于：将毛细辐射管与床板结合构成毛细管辐射末端床板作为空气源热泵系统的一个换热末端直接为人体供冷/供热；所述毛细管辐射末端床板是将通有制冷剂的毛细辐射管与床板连通并安装在背面； 所述压缩机的进口与所述毛细管辐射末端床板的出口连通、出口与所述室外换热器的进口连通；或者 所述压缩机的进口与所述室外换热器的出口连通、出口与所述毛细管辐射末端床板的进口连通； 所述小型集水器、小型分水器、毛细辐射管、电动调节阀构成所述毛细管辐射末端床板的循环系统； 所述毛细管辐射末端床板、压缩机、室外换热器及节流装置中的介质均为制冷剂。 [0007] 其中：所述毛细辐射管的末端是根据人体不同部位对热舒适的差异要求设置在床板相应的头部区域、躯干区域和腿部区域，直接为人体供冷/供热，并分区域独立控制；所述温度自控装置是接收温度传感器的电信号控制压缩机的启停和控制电动调节阀的开度；所述人体供冷/供热是通过电动阀的开度控制制冷剂的流量来实现热舒适度要求。 [0008] 采用上述技术方案，获得的有益效果如下。 [0009] 由于本发明将不同流量的毛细辐射管末端与床板的不同区域相结合构成毛细管辐射末端床板直接与人体换热，一方面，我们可以为人体的不同部位提供不同的冷热量，从而实现人体不同部位的热舒适主观调节，因此能够极大地提高人体睡眠的热舒适性，另一方面，系统是通过辐射换热的形式为人体供冷/供热，其制冷/制热过程自然舒适，不会产生燥热感，其冷热量来源于制冷剂的相态变化也不会对人体产生电磁辐射的危害，以此来提高人体的热舒适性。此外，该系统直接对人体睡眠区域制冷/制热，其冷热负荷明显降低，从源头上节约能源；同时由于毛细辐射管床板末端与人体直接接触，热泵所需的蒸发/冷凝温度大大提高/降低，从而有效提高了热泵系统的COP值，节能效果显著。如此，该系统首先提高了人体睡眠的热舒适性且对人体无害，其次节能效果显著，是一个两全其美的方案。附图说明 [0010] 图1是本系统夏季制冷运行工况结构示意图。 [0011] 图2是本系统冬季制热运行工况结构示意图。 [0012] 图3是本系统辐射床板换热器毛细管的分区布置方式结构示意图。 [0014] 图5是COP值随蒸发温度的变化结构示意图。 [0015] 图中：1：毛细管辐射末端床板；2：压缩机；3：室外换热器；4：节流装置；5：四通换向阀；6：温度自控装置；7：温度传感器；8：第一端口；9：第二端口；10：第三端口；11：第四端口；12：小型集水器；13：小型分水器；14：毛细辐射管；15：辐射床板换热器出口：16：辐射床板换热器进口；17：电动调节阀。 具体实施方式[0016] 下面对本发明的具体实施方式作出进一步的说明。 [0017] 本发明针对现有技术存在的问题，提出一个既能提高人体睡眠热舒适度又可减少空调能耗的制冷/制热的一种基于直膨式毛细管辐射模块智能冷暖系统，它包括毛细管辐射末端床板1、压缩机2、室外换热器3、节流装置4、四通换向阀5、温度自控装置6、温度传感器7、小型集水器12、小型集水器13、毛细辐射管14及电动调节阀17；它的特征在于：将通有制冷剂的毛细辐射管14与床板相结合构成毛细管辐射末端床板1作为直喷膨式空气原热泵系统的一个换热末端直接为人体供冷/供热；其中的具体实施方式如下。 [0018] 本系统毛细管辐射末端床板是由通有制冷剂的三个流量不同的毛细辐射管末端与床板的不同区域相结合构成，以此来满足人体不同部位（头部、躯干，腿部）不同热舒适性的要求。 [0019] 本系统小型分/集水器、电动控制阀和毛细管构成毛细管辐射末端床板的循环系统。 [0020] 本系统四通阀通过改变压缩机进出口与室外换热器和毛细管辐射末端床板的连接关系来改变制冷剂的流向，从而满足冬季/夏季机制热/制冷的要求。 [0021] 本系统在夏季工况下，所述的压缩机进口与毛细管辐射末端床板的出口相连，压缩机的出口与室外换热器的进口相连；在冬季工况下，所述的压缩机的进口与室外换热器相连，压缩机的出口与毛细管辐射末端床板的进口相连。 [0022] 本系统毛细管辐射末端床板，压缩机，室外换热器，节流装置中流通的全部是制冷剂。 [0023] 本系统温度自控装置与压缩机、温度传感器和分水器出口上的电动调节阀相连，温度传感器将温度信号转化为电信号传给温度自控装置，温度自控装置再通过电信号控制压缩机的启停和电动调节阀的开度来满足人体不同部位的热舒适性。 [0024] 下面结合附图对本说明的具体实施方式作进一步的说明。 [0025] 如附图1所示，实施本发明上述所提供的一种基于直膨式毛细管辐射的模块化智能冷暖床系统，它包括毛细管辐射末端床板1，压缩机2，室外换热器3，节流装置4，四通换向阀5，温度自控装置6，温度传感7、电动调节阀17，其中集水器12、分水器13、毛细管14构成毛细管辐射末端床板1的循环系统。所述毛细管辐射末端床板1是将通有制冷剂的三个毛细辐射管的末端分别布置在床板的不同区域的换热末端。所述的压缩机2的进口与所述四通换向阀5的第四端口11连接，所述压缩机2的出口与所述四通换向阀5的第二端口9相连，所述室外换热器3的进口与所述四通换向阀5的第三端口10相连，所述毛细管辐射末端床板1的出口与所述四通换向阀5第一端口8相连，所述毛细管辐射末端床板1进口与所述节流装置4出口相连，所述节流装置4的进口与所述室外换热器3的出口相连，所述温度自控装置6与所述压缩机2及所述温度传感器7相连，所述温度传感器位于所述辐射床板换热器中。所述毛细管辐射末端床板1、压缩机2、室外换热器3、节流装置4中流通的全部为制冷剂。 [0026] 在制冷工况下，低压的液体制冷剂通过毛细管辐射末端床板1蒸发吸热给人体供冷，自身被加热由液体转化为气体，低压气体制冷剂通过四通换向阀5的第一端口8和第四端口11进入压缩机2，在压缩机2中低压的气体制冷剂受压缩变成高压的气体制冷剂，高压的气体制冷剂通过四通换向阀的第二端口9第三端口10进入室外换热器3散热，高压的气体制冷剂冷凝放热变成高压的液体制冷剂，高压的液体制冷剂再经节流元件4变成低压的液体制冷剂，完成一次制冷循环，随后低压的液体制冷剂又进入毛细管辐射末端床板1进行下一次的制冷循环。 [0027] 在制热工况下，低压的液体制冷剂通过室外换热器3蒸发吸热，自身被加热由液体转化为气体，低压气体制冷剂通过四通换向阀5的第三端口10和第四端口11进入压缩机2，在压缩机2中低压的气体制冷剂受压缩变成高压的气体制冷剂，高压的气体制冷剂通过四通换向阀的第二端口9第一端口8进入毛细管辐射末端床板1冷凝放热给人体供热，自身变成高压的液体制冷剂，高压的液体制冷剂再经节流元件4变成低压的液体制冷剂，完成一次制热循环，随后低压的液体制冷剂又进入毛细管辐射末端床板1进行下一次的制热循环。 [0028] 作为一种优选方式，系统的主要换热方式是辐射换热，其制冷/制热过程自然舒适，不会产生燥热感，其热量来源于制冷剂的相态变化也不会对人体产生电磁辐射的危害，可以提高人体睡眠的热舒适性。 [0029] 作为一种优选方式，三个流量可变的毛细辐射管末端与床板的不同区域相结合，可以实现人体不同部位的热舒适主观调节，因此能够极大地提高人体睡眠的热舒适性。 [0030] 作为进一步的实施方式，温度自控装置可以接收温度传感器的电信号而控制压缩机的启停，同时控制电动调节阀的开度使三个毛细辐射管的末端具有不同的流量，使床板不同区域的温度保持在人体不同部位热舒适的温度范围内。 [0031] 作为一种优选方式：把毛细管辐射末端床板作为直膨式空气源热泵系统中的一个换热末端，节约了能源。该系统直接对人体睡眠区域制冷/制热，其冷热负荷明显降低，从源头上节约能源；同时由于毛细辐射管床板末端与人体直接接触，热泵所需的蒸发/冷凝温度大大提高/降低，从而有效提高了热泵系统的COP值，见附图4及附图5，节能效果显著。 [0032] 作为一种优选方式，该系统充分利用了自然界的能源为人体供冷/供热，节约了能源。 |
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