CN103375948B - 一种制冷剂加热装置及空调器 - 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，增强制冷剂加热装置与制冷剂的对流换热系数。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；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；电加热管的管体内部，设置有电阻正温度系数材料发热体。空调器包括上述的制冷剂加热装置，其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。当温度高于一定值，发热体材料电阻呈几何级数增长，发热量急剧降低，使发热体表面温度维持在一定值以下，确保发热体表面温度不至于过高，保证可靠性。

Description

一种制冷剂加热装置及空调器

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及空调器。

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：

一种制冷剂加热装置，包括有：外壳、电加热管和制冷剂进口管路；所述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；其中，电加热管的管体内部，设置有电阻正温度系数材料发热体。

空调器，包括压缩机、冷凝器、蒸发器、节流装置和制冷剂循环管路，制冷剂循环管路连接压缩机、冷凝器、蒸发器和节流装置并形成密闭的制冷剂循环系统；其中，还包括上述的制冷剂加热装置，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。

在优选的实施例中，所述制冷剂加热装置与压缩机的吸气口管路连接。

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，电加热管的管体内部，设置有电阻正温度系数材料发热体。当发热体温度高于一定值以后，发热体材料的电阻呈几何级数增长，发热量急剧降低，使发热体表面温度维持在一定值以下，从而确保发热体表面温度不至于过高，保证可靠性。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。本发明的空调器，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。

本发明的制冷剂加热装置，具体优点如下：

(1)当温度高于一定值以后(比如120℃)，加热体电阻将增大数十倍，发热体的热量P＝U2/R，U为电源电压，R为发热体电阻，由此公式可知发热量将降低数十倍，发热体表面温度会自动降低下来，维持在一定的水平，温度不会再继续升高，可以自动控制表面温度。

(2)不需要限温器和熔断体，成本更低。

(3)不需要限温器和熔断体，因此可以减少电路连接，提高电气安全和可靠性。

(4)限温器和熔断体体积较大，而电热管发热体横截面较小，实现起来工艺制造困难，如果取消限温器和熔断体，工艺难度将会大为降低。

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；

图4为本发明的制冷剂加热装置另一实施例的剖视结构示意图。

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、管体，105、发热体，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，111、电加热管安装口，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111；所述电加热管103通过电加热管安装口111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，电加热管103的管体104内部，设置有电阻正温度系数材料发热体105。

所述发热体105采用陶瓷PTC材料制成。

或者，所述发热体105采用金属PTC材料制成。

PTC是Positive Temperature Coefficient的缩写，意思是正的温度系数，泛指正温度系数很大的半导体材料或元器件。通常我们提到的PTC是指正温度系数热敏电阻，简称PTC热敏电阻。PTC热敏电阻是一种典型具有温度敏感性的半导体电阻，超过一定的温度(居里温度)时，它的电阻值随着温度的升高呈阶跃性的增高。

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。为了控制加热体表面的温度，控制加热的最高允许温度，电加热发热体采用电阻正温度系数材料，当温度高于一定值以后，发热体材料电阻呈几何级数增长，发热量急剧降低，使发热体表面温度维持在一定值以下(如陶瓷PTC、金属PTC等正温度系数材料)，从而确保发热体表面温度不至于过高，保证可靠性。

优选地，外壳107内径尺寸与电加热管103外径尺寸的比值不大于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。

所述肋片结构108为螺纹肋片或环形肋片或条状肋片结构。

为了能够让设置有肋片结构108的电加热管103放置到外壳107中，外壳107采用中间截断的方式，采用中间对焊连接结构109连接，安装好电加热管103后再将外壳107中间截断部位对焊在一起。

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的内腔的中下部，即电加热管103与外壳107内表面上部的间隙大于电加热管103与外壳107内表面下部的间隙。

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内表面上部的间隙小于电加热管103与外壳107内表面下部的间隙。

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设置有发热体。

进一步地，电加热管103的管体内部，热态端120的发热体与管体之间设置有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。

本发明还公开一种空调器，包括压缩机、冷凝器、蒸发器、节流装置和制冷剂循环管路，制冷剂循环管路连接压缩机、冷凝器、蒸发器和节流装置并形成密闭的制冷剂循环系统；其中，还包括上述的制冷剂加热装置100，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。

在优选的实施例中，所述制冷剂加热装置与压缩机的吸气口管路连接。

本发明制冷剂加热装置100，用于空调系统中时，制冷剂加热装置安装在压缩机吸气口一端，加热的制冷剂为气态制冷剂，所以优选为电加热管103与外壳107的中心轴线重合。

本发明的制冷剂加热装置另一实施例，如图4所示。本实施例中，为了提升加热体表面的热流密度，降低加热体表面温度，确保安全和可靠性，电加热管103的截面为圆形或椭圆形。

为了便于电加热管103放置到外壳107中，电加热管103与外壳107焊接部位位于电加热管安装口111位置，电加热管安装口111的横截面为圆形。

如图4所示为本发明的另一实施例，其与上述实例不同之处在于：电加热管103表面不设置有肋片结构，也无需采用中间截断后对焊连接结构109的连接方式，而是采用外壳107一体成形结构。该实施例适用于冷媒加热要求不高的场合，既能适当加热冷媒，又节省了材料，方便了加工。

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 (17)

1.一种制冷剂加热装置，包括有：外壳、电加热管和制冷剂进口管路；所述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；其特征在于，所述电加热管的管体内部，设置有电阻正温度系数材料发热体；所述外壳内径尺寸与电加热管外径尺寸的比值不大于1.2；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体。

2.根据权利要求1所述的一种制冷剂加热装置，其特征在于，所述发热体采用陶瓷PTC材料制成。

3.根据权利要求1所述的一种制冷剂加热装置，其特征在于，所述发热体采用金属PTC材料制成。

4.根据权利要求1所述的一种制冷剂加热装置，其特征在于，所述电加热管外表面采用肋片结构强化传热。

5.根据权利要求4所述的一种制冷剂加热装置，其特征在于，所述肋片结构为螺纹肋片或环形肋片或条状肋片结构。

6.根据权利要求2或3所述的一种制冷剂加热装置，其特征在于，所述外壳采用中间截断的方式，采用中间对焊连接结构连接。

7.根据权利要求2或3所述的一种制冷剂加热装置，其特征在于，所述电加热管与外壳的中心轴线重合。

8.根据权利要求2或3所述的一种制冷剂加热装置，其特征在于，所述电加热管设置在外壳的内腔的中下部，即电加热管与外壳内表面上部的间隙大于电加热管与外壳内表面下部的间隙。

9.根据权利要求8所述的一种制冷剂加热装置，其特征在于，所述电加热管的管体内部，热态端的发热体与管体之间设置有导热性能优良的耐高温绝缘材料。

10.根据权利要求9所述的一种制冷剂加热装置，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。

11.根据权利要求9或10所述的一种制冷剂加热装置，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。

12.根据权利要求11所述的一种制冷剂加热装置，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。

13.根据权利要求2或3所述的一种制冷剂加热装置，其特征在于，所述电加热管的截面为圆形或椭圆形。

14.根据权利要求13所述的一种制冷剂加热装置，其特征在于，所述电加热管与外壳焊接部位位于电加热管安装口位置，电加热管安装口的横截面为圆形。

15.空调器，包括压缩机、冷凝器、蒸发器、节流装置和制冷剂循环管路，制冷剂循环管路连接压缩机、冷凝器、蒸发器和节流装置并形成密闭的制冷剂循环系统；其中，还包括如权利要求1至3中任何一项所述的制冷剂加热装置，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。

16.空调器，包括压缩机、冷凝器、蒸发器、节流装置和制冷剂循环管路，制冷剂循环管路连接压缩机、冷凝器、蒸发器和节流装置并形成密闭的制冷剂循环系统；其中，还包括如权利要求2或3所述的制冷剂加热装置，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。

17.根据权利要求15所述的空调器，其特征在于，所述制冷剂加热装置与压缩机的吸气口管路连接。