CN104344616A - 冷媒加热器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种冷媒加热器及其控制方法，该冷媒加热器包括：装有导热液体的油缸、固定在油缸上用于加热导热液体的电加热管，浸泡于导热液体内且与电加热管无直接接触的冷媒管；冷媒管的两端穿出油缸后串入热泵系统管路中，用于对空调冷媒进行加热。本发明通过将冷媒管浸泡于导热液体内且与电加热管无直接接触，通过电加热管产生的热量对导热液体进行加热，导热液体与冷媒管进行热传递，冷媒管再与冷媒进行热传递，可以实现对冷媒的均匀加热，而且具有较高的热交换效率；此外，还设置有完善的温控保护、高压防爆等安全机构，保障系统安全可靠运行，提高了空调器的换热效果。

Description

冷媒加热器及其控制方法

技术领域

本发明涉及电加热技术领域，尤其涉及一种冷媒加热器及其控制方法。

背景技术

空调器在低温制热尤其是在超低温制热时，冷凝器需要在温度极低的室外环境中进行蒸发吸热，致使冷凝器翅片会快速结霜，影响其换热效率甚至无法换热。目前，主要采用的解决方案是通过四通阀换向，使系统临时改变为制冷循环，让室外机制热，对冷凝器进行除霜。

但是，上述方案存在一些缺陷，会影响着用户的使用感受，其主要体现在：一方面，四通阀换向过程中会产生较大机械动作噪音以及系统压力突变过程的流体噪音；另一方面，化霜过程中室内机将会中断制热，影响使用效果；除此之外，化霜过程压缩机做功基本都用于室外机除霜，造成严重的能量浪费。

为了解决化霜问题，目前也有采用冷媒加热技术的方案。但是，现有的冷媒加热装置大都是通过电热管对冷媒进行直接加热，这种冷媒加热方式，主要存在以下几个问题影响加热效果及使用安全，具体包括：

1、冷媒直接与温度极高的电热管表面接触，物理、化学性质容易发生改变，从而改变了其作为制冷剂的本质特点；

2、局部接触，换热不均导致冷媒本身温差较大，影响除霜效果；

3、电加热开启关闭过程会导致冷媒温度骤升、骤降，影响系统参数稳定性。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种冷媒加热器及其控制方法，旨在提高空调系统安全性、稳定性以及换热效果。

为了达到上述目的，本发明提出一种冷媒加热器，包括：装有导热液体的油缸、固定在所述油缸内用于加热所述导热液体的电加热管，浸泡于所述导热液体内的冷媒管；冷媒管的两端穿出油缸后串入热泵系统管路中，用于对空调冷媒进行加热。

优选地，所述油缸包括承装导热液体的缸体，所述缸体底部设有用于监测所述导热液体的温度并在所述导热液体的温度达到第一设定值时切断所述冷媒加热器的电源回路的温控器。

优选地，所述缸体底部还设有用于当所述温控器失效且所述导热液体的温度达到第二设定值时切断所述电源回路的熔断器。

根据权利要求3所述的冷媒加热器，其特征在于，所述第一设定值取值范围为50-120℃，优选为60-80℃；所述第二设定值与第一设定值的温度差值范围为10-50℃，优选为15-30℃。

优选地，所述缸体底部还设有用于对所述导热液体的酸度进行监测的酸度计。

优选地，所述电加热管置于所述导热液体内且固定在所述缸体的端侧壁上；所述冷媒管以螺旋方式缠绕在所述电加热管的外围，且与所述电加热管无直接接触。

优选地，所述缸体的顶部设有膨胀槽，所述膨胀槽上设有用于当所述缸体内的压力达到设定阀值时对缸体进行泄压的安全阀；所述膨胀槽上还设有用于向所述缸体内注入新导热液体的注油口；所述缸体底部还设有用于向外排放导热液体的排油阀。

优选地，所述电加热管与所述缸体的侧壁的连接位置所承受的气压大于或等于1.5倍的安全阀的设定阀值压力；所述缸体内设有用于检测所述导热液体的液面的检测探头。

针对上述冷媒加热器，本发明还提出一种冷媒加热器的控制方法，包括以下步骤：

在装有导热液体的油缸中设置用以加热导热液体的电加热管和浸泡于所述导热液体内的冷媒管；并将冷媒管的两端穿出油缸后串入热泵系统管路中，以对空调冷媒进行加热；

在冷媒进行加热时，对所述冷媒加热器内的导热液体的相关性能参数进行监测；

当监测到所述相关性能参数达到预设阀值时，对所述冷媒加热器内的导热液体进行相应处理，以使所述导热液体的相关性能参数处于预设阀值内。

优选地，所述当监测到相关性能参数达到预设阀值时，对所述冷媒加热器内的导热液体进行相应处理的步骤包括：

当通过酸度计监测到所述导热液体的酸度超过预设阀值时，提示操作人员通过排油阀排放冷媒加热器内的导热液体；和/或

当监测到所述冷媒加热器的缸体顶部的导热液体蒸汽压力达到设定阀值时，通过安全阀对缸体进行泄压；和/或

当监测到所述导热液体的温度达到第一设定值时，通过温控器切断所述冷媒加热器的电源回路；或者当所述温控器失效且监测到所述导热液体的温度达到第二设定值时，通过熔断器切断所述冷媒加热器的电源回路。

本发明提出的一种冷媒加热器及其控制方法，将冷媒管浸泡于导热液体内且与电加热管无直接接触，通过电加热管产生的热量对导热液体进行加热，导热液体与冷媒管进行热传递，冷媒管再与冷媒进行热传递，可以实现对冷媒的均匀加热，而且具有较高的热交换效率；此外，还设置有完善的温控保护、高压防爆等安全机构，保障系统安全可靠运行，提高空调器的换热效果。

附图说明

图1是本发明冷媒加热器较佳实施例的结构示意图；

图2是本发明冷媒加热器控制方法较佳实施例的流程示意图。

为了使本发明的技术方案更加清楚、明了，下面将结合附图作进一步详述。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明较佳实施例提出一种冷媒加热器，包括：电加热管1、封闭的油缸2、冷媒管4，油缸2内装有导热液体3，电加热管1固定在所述油缸2内，用于加热所述导热液体3；冷媒管4浸泡于所述导热液体3内，冷媒管4与所述电加热管1可以无直接接触；所述冷媒管4的两端穿出油缸2后串入热泵系统管路中，用于对空调冷媒进行加热，来自空调热泵系统管路的冷媒5进入冷媒管4，电加热管1产生的热量对导热液体3进行加热，导热液体3与冷媒管4进行热传递，然后冷媒管4再与冷媒5进行热传递，从而达到对冷媒5进行加热的目的。

具体地，所述电加热管1置于所述导热液体3内，该电加热管1包括高温耐腐蚀的钢管11以及发热体12，所述发热体12密封在钢管11内部，且所述发热体12整体与钢管11之间具有良好的绝缘保护。

上述发热体12可以但不限于采用镍铬合金丝绕制而成。

上述导热液体可以为导热油、水或者其他液态导热介质。

所述油缸2包括缸体21、设置在所述缸体21底部的监测窗23、设置在缸体21的顶部的膨胀槽22，以及设置在缸体21底部、用于向外排放导热液体3的排油阀24。其中：

缸体21同样为高温耐腐蚀的钢材制成。作为一种实施方式，上述电加热管1可以安装在缸体21的两端侧壁或一端侧壁上，并与缸体21形成一个结构稳固的整体，其连接位置密封性能必须良好，保证能够承受≥1.5Ps的气压而不发生泄漏（其中Ps为下述安全阀222的动作压力）。在其他实施方式中，上述电加热管1还可以通过支架等方式悬空固定在缸体21内。

上述冷媒管4设置在所述电加热管1的外围。作为一种实施方式，所述冷媒管4可以但不限于以螺旋方式缠绕在电加热管1的外围。

冷媒管4与缸体21的侧壁进行结构连接，保证其稳定可靠，其连接位置密封性能同样必须保证能够承受≥1.5Ps的气压而不发生泄漏（其中Ps为下述安全阀222的动作压力）。

所述监测窗23设有温控器231、熔断器232、酸度计233，其中：

温控器231用于监测所述导热液体3的温度，并在所述导热液体3的温度达到第一设定值Ts时切断所述冷媒加热器的电源回路，使冷媒加热器关闭，对冷媒加热器实现过热保护，防止缸体21内的导热液体3温度过高，一方面影响冷媒的物理、化学特性，造成油质无法满足要求，另外加速导热液体3本身的焦化、炭化速度，降低其使用寿命。

熔断器232用于当所述温控器231失效等极端情况下，在导热液体3的温度达到第二设定值时切断所述冷媒加热器的电源回路。

上述第一设定值Ts为温控器231的动作温度，该第一设定值取值范围为50-120℃，优选为60-80℃；所述第二设定值为熔断器232的动作温度，该第二设定值大于上述第一设定值，所述第二设定值与第一设定值的温度差值范围为10-50℃，优选为15-30℃。此外，需要说明的是，根据导热液体介质的不同，上述第一设定值和第二设定值可以根据导热液体介质的物理特性做出适当的调整。

所述酸度计233用于对所述导热液体3的酸度进行监测，在冷媒加热器工作一段时间后，导热液体3可能部分受热结焦、炭化、粘度、酸度增大，通过酸度计233可对导热液体3的酸度进行监测，在油质无法满足要求时打开排油阀24进行放油，并更换新导热液体3，以使冷媒加热器正常工作。

上述排油阀24可人为开启或关闭。

而且，需要说明的是，在酸度计233监测到导热液体3的酸度无法满足要求时，还可以通过提示的方式，比如发送警报提示的方式，提醒操作人员是否进行排油操作，可以由操作人员手动开启排油阀24进行放油，并更换新的导热液体3；也可以根据操作人员的指示自动开启排油阀24进行放油。另外，通过酸度计233监测导热液体3的酸度的操作，也可以是在冷媒加热器中电加热管1不工作的情况下进行。

此外，还需要说明的是，上述设置在缸体21底部的监测窗23也可以根据实际情况，无需设置，温控器231、熔断器232、酸度计233则可以设置在缸体21上能够接触缸体21内的导热液体的位置即可。

上述膨胀槽22与缸体21通过管道连接，膨胀槽22为封闭结构，在膨胀槽22上设置有注油口221、安全阀222，膨胀槽22是一个容积为0.2~0.4倍缸体21的膨大腔体，可实现新油注入、系统降压等综合功能。

具体地，一般情况下，冷媒加热器的电加热管1工作过程中，缸体21内部油蒸汽含量增大，导致油缸2内部压力逐渐增大，当缸体21内的压力达到设定阀值Ps时（注：Ps为安全阀222的动作压力），导热液体3蒸汽经过缸体21与膨胀槽22的连接通道，进入膨胀槽22，经膨胀槽22膨胀、降压、降温后由安全阀222排空，以对缸体21进行泄压，避免油缸2内压力过大而导致泄漏甚至炸缸。

上述设定阀值Ps为系统正常工作时，油缸2内部压力的1.2倍。

此外，通过注油口221还可以向缸体21内注入新导热液体3。

还需要说明的是，为了检测缸体21内导热液体的液面，还可以在缸体21内设有用于检测导热液体的液面的检测探头（图中未示出），当检测探头检测到缸体21内导热液体的液面低于设定液位时，可以提醒操作人员向缸体21内加入导热液体3，或者自动向缸体21内加入导热液体3；另外，当检测探头检测到缸体21内导热液体的液面达到设定液位时，可以提醒操作人员不要再向缸体21内加入导热液体3。

此外，还可以直接在缸体21内设置安全阀（图中未示出），用于当所述缸体21内的压力达到设定阀值时对缸体21进行泄压，以提高冷媒加热器的使用安全。

另外，本实施例对冷媒管4的两端从缸体21上穿出的位置不作限定，比如可以根据需要设置在缸体21的底部，也可以设置在缸体的顶部，或者两端，等等。

本实施例通过上述方案，将冷媒管4浸泡于导热液体3内，且冷媒管4设置在电加热管1的外围，与电加热管1无直接接触，从而使得冷媒5与温度极高的电加热管1表面不会接触，避免了冷媒5直接与温度极高的电加热管1表面接触而使物理、化学性质发生改变，而且上述结构可以对包括冷媒5在内的流体进行均匀加热，并具有较高的热交换效率；此外还设置有完善的温控保护、高压防爆等安全机构，保障系统安全可靠运行，提高了空调器的换热效果。

此外，如图2所示，本发明较佳实施例提出一种针对上述实施例的冷媒加热器的控制方法，该方法包括：

步骤S101，在装有导热液体的油缸中设置用以加热导热液体的电加热管和浸泡于所述导热液体内的冷媒管；并将冷媒管的两端穿出油缸后串入热泵系统管路中，以对空调冷媒进行加热；

首先，启动冷媒加热器的电源，使电加热管工作，通过电加热管产生的热量对导热液体进行加热，导热液体与冷媒管进行热传递，冷媒管再与冷媒进行热传递，从而实现对冷媒进行均匀加热。

步骤S102，在冷媒进行加热时，对所述冷媒加热器内的导热液体的相关性能参数进行监测；

步骤S103，当监测到所述相关性能参数达到预设阀值时，对所述冷媒加热器内的导热液体进行相应处理，以使所述导热液体的相关性能参数处于预设阀值内。

上述导热液体的相关性能参数可以是导热液体的温度、油缸缸体内导热液体的蒸汽压力以及导热液体的酸度等，本实施例中以导热液体的温度、油缸缸体内导热液体的蒸汽压力以及导热液体的酸度三个性能参数举例说明。

具体地，当监测到所述导热液体的温度达到第一设定值时，通过温控器切断所述冷媒加热器的电源回路；使冷媒加热器关闭，对冷媒加热器实现过热保护，防止缸体21内的导热液体3温度过高，一方面影响冷媒的物理、化学特性，造成油质无法满足要求，另外加速导热液体3本身的焦化、炭化速度，降低其使用寿命。

此外，当所述温控器失效等极端情况下，监测到所述导热液体的温度达到第二设定值时，通过熔断器切断所述冷媒加热器的电源回路，以保证系统安全。

上述第一设定值Ts为温控器的动作温度，该第一设定值取值范围为50-120℃，优选为60-80℃；所述第二设定值为熔断器的动作温度，该第二设定值大于上述第一设定值，所述第二设定值与第一设定值的温度差值范围为10-50℃，优选为15-30℃。

需要说明的是，根据导热液体介质的不同，上述第一设定值和第二设定值可以根据导热液体介质的物理特性做出适当的调整。

此外，还可以通过酸度计对缸体内导热液体的酸度进行监测，在冷媒加热器工作一段时间后，导热液体可能部分受热结焦、炭化、粘度、酸度增大，通过酸度计可对导热液体的酸度进行监测，在油质无法满足要求时打开排油阀进行放油，并更换新导热液体，以使冷媒加热器正常工作。

上述排油阀可人为开启或关闭。

而且，需要说明的是，在酸度计监测到导热液体的酸度无法满足要求时，还可以通过提示的方式，比如发送警报提示的方式，提醒操作人员是否进行排油操作，可以由操作人员手动开启排油阀进行放油，并更换新的导热液体；也可以根据操作人员的指示自动开启排油阀进行放油。另外，通过酸度计监测导热液体的酸度的操作，也可以是在冷媒加热器中电加热管不工作的情况下进行。

进一步地，考虑到冷媒加热器的缸体顶部的导热液体蒸汽压力会随着导热液体温度的增加以及加热时间延长而逐渐增大，为避免炸缸而造成系统安全隐患，本实施例在缸体顶部设有膨胀槽，该膨胀槽与缸体通过管道连接，膨胀槽为封闭结构，在膨胀槽上设置有注油口、安全阀，膨胀槽是一个容积为0.2~0.4倍缸体的膨大腔体，可实现新油注入、系统降压等综合功能。

具体地，在一般情况下，冷媒加热器的电加热管工作过程中，缸体内部油蒸汽含量增大，导致油缸内部压力逐渐增大，当缸体内的压力达到设定阀值Ps时（注：Ps为安全阀的动作压力），导热液体蒸汽经过缸体与膨胀槽的连接通道，进入膨胀槽，经膨胀槽膨胀、降压、降温后由安全阀排空，以对缸体进行泄压，避免油缸内压力过大而导致泄漏甚至炸缸。

上述设定阀值Ps为系统正常工作时，油缸内部压力的1.2倍。

此外，本实施例还可以通过注油口向缸体内注入新导热液体。

还需要说明的是，为了检测缸体内导热液体的液面，还可以在缸体内设有用于检测导热液体的液面的检测探头（图中未示出），当检测探头检测到缸体内导热液体的液面低于设定液位时，可以提醒操作人员向缸体内加入导热液体，或者自动向缸体内加入导热液体；另外，当检测探头检测到缸体内导热液体的液面达到设定液位时，可以提醒操作人员不要再向缸体内加入导热液体。

此外，还可以直接在缸体内设置安全阀（图中未示出），用于当所述缸体内的压力达到设定阀值时对缸体进行泄压，以提高冷媒加热器的使用安全。

另外，本实施例对冷媒管的两端从缸体上穿出的位置不作限定，比如可以根据需要设置在缸体的底部，也可以设置在缸体的顶部，或者两端，等等。

本发明实施例冷媒加热器及其控制方法，将冷媒管浸泡于导热液体内且与电加热管无直接接触，通过电加热管产生的热量对导热液体进行加热，导热液体与冷媒管进行热传递，冷媒管再与冷媒进行热传递，可以实现对冷媒的均匀加热，而且具有较高的热交换效率；此外，还设置有完善的温控保护、高压防爆等安全机构，保障系统安全可靠运行，提高空调器的换热效果。

上述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种冷媒加热器，其特征在于，包括：装有导热液体的油缸、固定在所述油缸内用于加热所述导热液体的电加热管，浸泡于所述导热液体内的冷媒管；冷媒管的两端穿出油缸后串入热泵系统管路中，用于对空调冷媒进行加热。

2.根据权利要求1所述的冷媒加热器，其特征在于，所述油缸包括承装导热液体的缸体，所述缸体底部设有用于监测所述导热液体的温度并在所述导热液体的温度达到第一设定值时切断所述冷媒加热器的电源回路的温控器。

3.根据权利要求2所述的冷媒加热器，其特征在于，所述缸体底部还设有用于当所述温控器失效且所述导热液体的温度达到第二设定值时切断所述电源回路的熔断器。

4.根据权利要求3所述的冷媒加热器，其特征在于，所述第一设定值取值范围为50-120℃；所述第二设定值与第一设定值的温度差值范围为10-50℃。

5.根据权利要求2、3或4所述的冷媒加热器，其特征在于，所述缸体底部还设有用于对所述导热液体的酸度进行监测的酸度计。

6.根据权利要求2、3或4所述的冷媒加热器，其特征在于，所述电加热管置于所述导热液体内且固定在所述缸体的端侧壁上；所述冷媒管以螺旋方式缠绕在所述电加热管的外围，且与所述电加热管无直接接触。

7.根据权利要求2所述的冷媒加热器，其特征在于，所述缸体的顶部设有膨胀槽，所述膨胀槽上设有用于当所述缸体内的压力达到设定阀值时对缸体进行泄压的安全阀；所述膨胀槽上还设有用于向所述缸体内注入新导热液体的注油口；所述缸体底部还设有用于向外排放导热液体的排油阀。

8.根据权利要求7所述的冷媒加热器，其特征在于，所述电加热管与所述缸体的侧壁的连接位置所承受的气压大于或等于1.5倍的安全阀的设定阀值压力；所述缸体内设有用于检测所述导热液体的液面的检测探头。

9.一种冷媒加热器的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

在装有导热液体的油缸中设置用以加热导热液体的电加热管和浸泡于所述导热液体内的冷媒管；并将冷媒管的两端穿出油缸后串入热泵系统管路中，以对空调冷媒进行加热；

在冷媒进行加热时，对所述冷媒加热器内的导热液体的相关性能参数进行监测；

当监测到所述相关性能参数达到预设阀值时，对所述冷媒加热器内的导热液体进行相应处理，以使所述导热液体的相关性能参数处于预设阀值内。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述当监测到相关性能参数达到预设阀值时，对所述冷媒加热器内的导热液体进行相应处理的步骤包括：

当通过酸度计监测到所述导热液体的酸度超过预设阀值时，提示操作人员通过排油阀排放冷媒加热器内的导热液体；和/或

当监测到所述冷媒加热器的缸体顶部的导热液体蒸汽压力达到设定阀值时，通过安全阀对缸体进行泄压；和/或

当监测到所述导热液体的温度达到第一设定值时，通过温控器切断所述冷媒加热器的电源回路；或者当所述温控器失效且监测到所述导热液体的温度达到第二设定值时，通过熔断器切断所述冷媒加热器的电源回路。