CN103375946B - 制冷剂加热装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种制冷剂加热装置及空调器，易于制造加工，可靠性能得到保证，增强制冷剂加热装置与制冷剂的对流换热系数，换热效果好。本发明是通过以下技术方案来实现的：制冷剂加热装置，包括有：外壳、电加热管和制冷剂进口管路；外壳设置有制冷剂进口、制冷剂出口以及电加热管安装口；所述电加热管通过电加热管安装口伸进外壳内腔中，电加热管电源端子位于外壳外部；制冷剂进口管路与外壳在制冷剂进口处连接；电加热管外表面采用能够强化传热的肋片结构。所述肋片结构为螺纹肋片或环形肋片或条状肋片结构。所述螺纹肋片呈螺旋状缠绕于电加热管外表面，螺纹肋片的外端部与外壳的内腔壁之间的距离L小于(1/20)D，D代表制冷剂容器的直径。

Description

制冷剂加热装置

技术领域

本发明涉及空气调节器技术领域，特别是涉及一种制冷剂加热装置。

背景技术

空调制冷系统，主要是由压缩机、冷凝器、蒸发器、和节流装置四个基本部件组成。它们之间用管道依次连接，形成一个密闭的系统，制冷剂在系统中不断地循环流动，与外界进行热量交换并发生状态变化。

通常，压缩机将气态的制冷剂压缩为高温高压的气态制冷剂，然后送到冷凝器(室外机)散热后成为常温高压的液态制冷剂，室外机吹出热风；然后制冷剂经过节流装置，进入蒸发器(室内机)，由于制冷剂从节流装置到达蒸发器后空间突然增大，压力减小，液态的制冷剂就会汽化，变成气态低温的制冷剂，从而吸收大量的热量，蒸发器就会变冷，室内机的风扇将室内的空气从蒸发器中吹过，与蒸发器进行热交换，室内机吹出冷风；然后气态的制冷剂回到压缩机继续压缩，不断地循环。

在空调制冷系统中，当处于低温条件下运行时，制冷系统蒸发换热能力弱，制冷剂无法蒸发完全，不能够吸收足够的热量，导致空调效果差，蒸发换热器结霜或冻结，压缩机吸气过热度不足导致湿压缩——压缩机湿压缩是指压缩机吸入口制冷剂不是过热气态的制冷剂，存在部分液态的制冷剂，压缩机吸入的制冷剂中带有液态制冷剂。由于液态制冷剂无法压缩，如果压缩机出现湿压缩，将会导致压缩机压缩腔受到剧烈冲击而导致压缩机损坏，空调效果和可靠性都难以保证。

解决办法是，对制冷剂进行局部加热。现有的制冷剂加热方法，制造加工复杂，困难，且制冷剂状态(如流量、温度等)异常情况下无法控制发热体表面温度，导致发热体表面温度超过使用范围，甚至导致加热工质发生裂解碳化变质等有害现象，可靠性无法保证。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制冷剂加热装置及空调器，易于制造加工，可靠性能得到保证，增强制冷剂加热装置与制冷剂的对流换热系数，换热效果好。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

制冷剂加热装置，包括有：外壳和电加热管；所述外壳设置有制冷剂进口和制冷剂出口；所述电加热管安装在外壳内腔中；其中，电加热管外表面采用能够强化传热的肋片结构。

进一步地，所述肋片结构为螺纹肋片或环形肋片或条状肋片结构。

进一步地，所述螺纹肋片采用粗糙面。

进一步地，所述螺纹肋片呈螺旋状缠绕于电加热管外表面，螺纹肋片的外端部与外壳的内腔壁紧密接触。

本发明的有益效果如下：

本发明的制冷剂加热装置，采用电加热的方法给制冷剂加热，提升制冷剂能量状态，使制冷剂吸收足够的热量。由于制冷剂加热装置包括有外壳、电加热管和制冷剂进口管路，由于电加热管外表面采用肋片结构强化传热。制冷剂位于外壳内腔中、电加热管的外部流动，增加了制冷剂入口时的紊流程度，增强对流换热系数，与电加热管换热效果好。同时本发明的制冷剂加热装置，易于制造加工，可靠性能得到保证。使用本发明制冷剂加热装置的空调器，由于包括制冷剂加热装置，所述制冷剂加热装置的制冷剂进口管路和制冷剂出口分别与制冷剂循环管路连接；因此，在制冷系统中，低温条件下运行时，采用电加热的方法给制冷剂加热，提升能量状态，使制冷剂吸收足够的热量，避免了制冷系统蒸发换热能力弱，制冷剂无法蒸发完全，不能够吸收足够的热量，导致空调效果差，蒸发换热器结霜或冻结，压缩机吸气过热度不足导致湿压缩，空调效果和可靠性都难以保证的情况发生。

附图说明

图1为本发明的制冷剂加热装置的立体结构示意图；

图2为本发明的制冷剂加热装置的剖视结构示意图；

图3为本发明的制冷剂加热装置的热态端和冷态端位置结构示意图。

附图标记说明：

100、制冷剂加热装置，101、制冷剂进口管路，102、电加热管电源端子，103、电加热管，104、限温器，105、热熔断器，106、制冷剂出口，107、外壳，108、肋片结构，109、中间对焊连接结构，110、冷态端，120、热态端。

具体实施方式

为了解决现有技术的问题，如图1至图3所示，本发明提出了一种制冷剂加热装置100，包括有：外壳107、电加热管103和制冷剂进口管路101；所述外壳107设置有制冷剂进口、制冷剂出口106以及电加热管安装口；所述电加热管103通过电加热管安装口伸进外壳107内腔中，电加热管电源端子102位于外壳107外部；制冷剂进口管路101与外壳107在制冷剂进口处连接；其中，为了提升电加热管103表面的热流密度，降低电加热管103表面温度，确保安全和可靠性，电加热管103外表面采用肋片结构108强化传热，并可提升系统可靠性。

所述肋片结构108为螺纹肋片或环形肋片或条状肋片结构。

将所述螺纹肋片呈螺旋状缠绕于电加热管103外表面，螺纹肋片的外端部与外壳107的内腔壁之间紧密接触。

优选的，螺纹肋片的外端部与外壳107的内腔壁之间的距离L小于(1/20)D，D代表制冷剂容器的直径。

这样，螺纹肋片的外端部与外壳107的内腔壁之间的间隙非常小，形成紧密接触，可以确保绝大部分制冷剂会随着该螺纹肋片流动，以使制冷剂尽可能多的处于紊流状态，加大制冷剂与加热器接触面积与速度梯度分布，强化换热。流程的改变同样也使得换热器各个部分都与制冷剂均匀的，充分的接触，对于降低加热器内部核心温度，提高可靠性有很大的帮助。

为了进一步强化换热，使制冷剂更容易处于紊流状态，优选地，螺纹肋片采用波纹状结构；加大螺纹肋片表面粗糙度等。实验显示，使制冷剂流动阻力提升1-10倍换热最有效。

优选地，所述螺纹肋片单向螺旋缠绕于电加热管103外表面。

优选地，所述螺纹肋片采用顺时针、逆时针依次连接的多方向旋绕结构。例如，采用将螺纹肋片旋绕方向正反相的方式，即刚开始采用顺时针绕着电加热管103旋转一圈，然后按逆时针方向旋转一圈，再然后又按顺时针方向旋转一圈，如此反复缠绕。如此可以增大对流体的扰动，使得流体更容易进入紊流状态。

制冷剂由制冷剂进口处流入电加热管103内部，由制冷剂出口106流出。制冷剂经过电加热管时吸收电加热管103释放出来的热量，从而提升内能状态。

制冷剂流入外壳107后，将沿着图3所示箭头方向，即螺纹肋片的轨迹流动，提高换热面积，使换热均衡性提高，对可靠性以及换热性能方面起到很大的改善作用。

如图1至图3所示，制冷剂进口管路101与外壳连接处管段的中心线与电加热管的中心线相交呈夹角，夹角角度A范围：60°≤A≤90°。通过控制制冷剂的进口方向，使制冷剂流入方向与电加热管的方向成较大的冲击角，增加制冷剂与换热管的紊流程度，增强对流换热系数。

优选地，外壳107内径尺寸与电加热管103外径尺寸的比值≤1.2。因此，通过减小制冷剂容器与电加热管的间隙，控制制冷剂流通截面积，尽量提升制冷剂流速，从而提升制冷剂与加热表面的对流换热系数。

为了控制加热体表面的温度，控制加热的最高允许温度，在电加热管103内部嵌入限温器104和热熔断器105。在温度达到设定上限目标时(比如温度上限设定为120℃)，限温器104自动切断电源，当电加热管温度低于上限目标温度一定程度时，限温器重新接通电源；在温度超过设定上限目标一定程度时，热熔断器105熔断，切断电源，熔断器105熔断以后，不可恢复。原则上限温器104和热熔断器105需要放置在加热体温度相对高的位置，比如放置在电加热管103内部的中间段位置。

在制冷系统中，制冷剂一般与压缩机润滑油混合，在制冷管路系统中流动，有的制冷剂和压缩机润滑油在高温条件下会分裂解变质，甚至碳化，出现安全问题，破坏制冷系统的正常运行。为此需要控制制冷剂加热装置100的表面温度，当温度高于一定值时必须切断电源停止加热，在温度非常高的情况下，热熔断器熔断，确保可靠地切断电源，起到双重保护的作用。

为了能够确保电加热管103换热的均匀性，需要尽量确保电加热管103与外壳107的中心轴线重合。

进一步的，为了在制冷剂不充满外壳107内腔时，也能对制冷剂加热充分，电加热管103设置在外壳107中心轴线偏下位置，即电加热管103与外壳107内表面上部的距离大于电加热管103与外壳107内表面下部的距离。

进一步的，如果制冷剂为气态，其更容易聚集在外壳107内腔的上部，所以，为了充分接触换热，电加热管103设置在外壳107中心轴线偏上位置，即电加热管103与外壳107内表面上部的距离小于电加热管103与外壳107内表面下部的距离。

为了能够确保电加热体不出现热量浪费，提高加热效率和加热利用率，并且尽量确保加热的热流密度相对均匀，电加热管103分为热态端120和冷态端110，冷态端110为电加热管电源端子102与制冷剂进口之间的部位，热态端120为制冷剂进口与制冷剂出口106之间的部位；电加热管103的管体内部，仅仅热态端120设置有电加热丝。

进一步地，电加热管103的管体内部，热态端120的电加热丝与管体之间设置为导热性能优良的耐高温绝缘材料。

所述耐高温绝缘材料，如：耐高温氧化镁。

电加热管103的管体内部，冷态端110填充有导热性能较差的耐高温绝缘材料，如：陶瓷材料。

电加热管103在制冷剂进口之前的部位为冷态端110，电加热管为不发热段；在制冷剂进口之后的部位为热态端120，电加热管为发热段。制冷剂由制冷剂进口流入制冷剂加热装置100内部，由制冷剂出口106流出。制冷剂经过电加热管时吸收电加热管释放出来的热量，从而提升内能状态。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (13)

1.制冷剂加热装置，包括有：外壳和电加热管；所述外壳设置有制冷剂进口和制冷剂出口；所述电加热管安装在外壳内腔中；其特征在于，所述外壳还设置有一个电加热管安装口；所述电加热管通过电加热管安装口伸进外壳内腔中，电加热管电源端子位于外壳外部；所述电加热管安装口和制冷剂出口分别位于外壳的两端；所述电加热管与外壳的中心轴线重合，或者设置在外壳中心轴线偏下或者外壳中心轴线偏上位置；电加热管外表面采用能够强化传热的肋片结构；所述肋片结构为螺纹肋片或环形肋片或条状肋片结构；所述螺纹肋片呈螺旋状缠绕于电加热管外表面，螺纹肋片的外端部与外壳的内腔壁之间的距离L小于(1/20)D，D代表制冷剂容器的直径。

2.根据权利要求1所述的制冷剂加热装置，其特征在于，所述螺纹肋片采用波纹状结构。

3.根据权利要求1所述的制冷剂加热装置，其特征在于，所述螺纹肋片采用粗糙面。

4.根据权利要求1所述的制冷剂加热装置，其特征在于，所述螺纹肋片采用顺时针、逆时针依次连接的多方向旋绕结构。

5.根据权利要求1至4中任何一项所述的制冷剂加热装置，其特征在于，制冷剂进口管路与外壳连接处管段的中心线与电加热管的中心线相交呈夹角，夹角角度A范围：60°≤A≤90°。

6.根据权利要求1至4中任何一项所述的制冷剂加热装置，其特征在于，所述外壳内径尺寸与电加热管外径尺寸的比值≤1.2。

7.根据权利要求1至4中任何一项所述的制冷剂加热装置，其特征在于，在所述电加热管内部嵌入限温器和热熔断器。

8.根据权利要求7所述的制冷剂加热装置，其特征在于，所述限温器和热熔断器放置在电加热管内部的中间段位置。

9.根据权利要求1至4中任何一项所述的制冷剂加热装置，其特征在于，所述电加热管分为热态端和冷态端，冷态端为电加热管电源端子与制冷剂进口之间的部位，热态端为制冷剂进口与制冷剂出口之间的部位；电加热管的管体内部，仅仅热态端设置有发热装置。

10.根据权利要求9所述的制冷剂加热装置，其特征在于，所述电加热管的管体内部，热态端的电加热丝与管体之间设置为导热性能优良的耐高温绝缘材料。

11.根据权利要求10所述的制冷剂加热装置，其特征在于，所述导热性能优良的耐高温绝缘材料为耐高温氧化镁。

12.根据权利要求11所述的制冷剂加热装置，其特征在于，所述电加热管的管体内部，冷态端填充有导热性能较差的耐高温绝缘材料。

13.根据权利要求12所述的制冷剂加热装置，其特征在于，所述导热性能较差的耐高温绝缘材料为陶瓷材料。