CN110017556A - 一种空调的电加热辅热系统以及具有辅热系统的空调 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种空调的电加热辅热系统以及具有辅热系统的空调，其中，该辅热系统包括：绝缘固定架以及加热组件；绝缘固定架上设置上下两层固定板，固定板上设置有卡槽，卡槽用于对辅热系统进行固定，固定板之间竖直安装有多根支撑管，支撑管排列成锯齿状、均匀分布；加热组件为带状加热组件，其附着于支撑管、设置于固定板之间，加热组件通电后产生热量，热量用于对流入辅热系统的空气进行加热。通过本申请中的技术方案，有利于减小辅热系统的占用空间，提高辅热系统的电能转换效率，提高了辅热系统与空气的接触面积，提高了辅热系统的加热效率。

Description

一种空调的电加热辅热系统以及具有辅热系统的空调

技术领域

本申请涉及空调的技术领域，具体而言，涉及一种空调的电加热辅热系统以及一种具有辅热系统的空调。

背景技术

热泵型空调进行制热时，正常情况下是由压缩机将高压气态的制冷剂喷入室内热交换器中，制冷剂液化放热，再经过节流装置减压进入室外热交换器，制冷剂在室外热交换器中进行蒸发吸热，但是，当外界气温低于5摄氏度时，室外热交换器中制冷剂的蒸发温度就会在0摄氏度以下，导致室外热交换器表面结霜，且外界温度越低，结霜现象越严重，需要压缩机频繁停机化霜，导致空调不能正常制暖。

因此，很多厂家都会在空调机的室内机中增设电辅热装置，一般是电陶瓷正温度系数加热体(Positive Temperature Coefficient，PTC)，利用电辅热装置和制冷剂共同对室内空气制热。但是，一方面，电陶瓷加热体PTC的能耗较高，提高了空调的整体电能消耗；另一方面，也增加了空调室内机的体积，特别是对于新能源汽车车载空调系统而言，采用PTC进行电加热，新能源汽车电池的续航能力将减少30％～50％，并且占用了很大车内空间。

发明内容

本申请的目的在于：减小辅热系统占用的空间，提高辅热系统的电能转换效率。

本申请第一方面的技术方案是：提供了一种空调的电加热辅热系统，该辅热系统包括：绝缘固定架以及加热组件；绝缘固定架上设置上下两层固定板，固定板上设置有卡槽，卡槽用于对辅热系统进行固定，固定板之间竖直安装有多根支撑管，支撑管排列成锯齿状、均匀分布；加热组件为带状加热组件，其附着于支撑管、设置于固定板之间，加热组件通电后产生热量，热量用于对流入辅热系统的空气进行加热，其中，加热组件中的加热元件包括耐高温纤维层和包覆在耐高温纤维层外的微晶石墨层。

上述任一项技术方案中，进一步地，辅热系统包括：隔热反射层；隔热反射层设置于绝缘固定架的内侧，隔热反射层用于隔离并反射加热组件产生的热量至绝缘固定架的外侧。

上述任一项技术方案中，进一步地，辅热系统包括：温度传感器；温度传感器设置于加热组件的内部，温度传感器用于检测并输出加热组件中的温度。

上述任一项技术方案中，进一步地，辅热系统包括：滤网；滤网设置于隔热反射层的外侧，滤网用于滤除流入隔热反射层的空气中的大颗粒物。

上述任一项技术方案中，进一步地，微晶石墨层通过化学气相沉积方法沉积在耐高温纤维层表面。

本申请第二方面的技术方案是：提供了一种具有辅热系统的空调，该空调包括如第一方面技术方案中的辅热系统，辅热系统设置于空调的进风口和/或空调的出风口。

上述任一项技术方案中，进一步地，空调包括：第二制热单元；第二制热单元用于当判定接收到的制热指令中加热温度小于或等于散热温度时，向辅热系统发送辐射散热指令；辅热系统还用于根据辐射散热指令向空调的外侧进行热辐射。

上述任一项技术方案中，进一步地，空调包括：红外理疗单元；红外理疗单元的电流输出端连接于辅热系统，红外理疗单元用于向辅热系统施加理疗电流；辅热系统还用于根据理疗电流产生红外理疗波。

上述任一项技术方案中，进一步地，微晶石墨层通过化学气相沉积方法沉积在耐高温纤维层表面。

本申请的有益效果是：通过在绝缘固定架中设置多根支撑管，对加热元件和散热保护层进行支撑，利用加热元件通电后产生的远红外线(热量)进行热辐射，并利用散热保护层进行热传导，对流出该辅热系统的空气进行加热，代替了传统的电陶瓷加热体PTC，有利于减小辅热系统的占用空间，提高辅热系统的电能转换率，通过将多根支撑管排列成锯齿状，增大了散热保护层与空气的接触面积，提高了辅热系统的加热效率。

本申请通过将上述辅热系统设置在空调的进风口和/或出风口，作为空调中的加热系统的一部分，参与空调对室内温度的制热，以减缓室外热交换器表面结霜的程度，避免压缩机停机化霜，有利于保证空调系统的稳定运行。通过设置第二制热单元，当判定用户制热需求较小时，即加热温度小于或等于散热温度，仅启动辅热系统对室内空气进行制热，有利于降低空调系统的能耗，并通过设置红外理疗单元，控制辅热系统向室内发射红外理疗波，能够满足用户的需求，改善用户的健康状况。

附图说明

本申请的上述和/或附加方面的优点在结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本申请的一个实施例的固定板的主视图；

图2是根据本申请的一个实施例的加热组件的示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本申请的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本申请进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互结合。

在下面的描述中，阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是，本申请还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本申请的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

实施例一：

如图1至图2所示，本实施例提供了一种空调的电加热辅热系统，包括：绝缘固定架10，加热组件，其中，加热组件包括加热元件20和散热保护层30，散热保护层30设置于加热元件20的两侧；绝缘固定架10上设置有上下两层固定板11，固定板11上设置有卡槽12，卡槽12用于对辅热系统进行固定，固定板11之间竖直安装有多根排列成锯齿状、均匀分布的支撑管13。其中，加热组件为带状加热组件，比如，可以采用电阻丝网或者碳纤维加热材料等柔性加热材料，通过在带状加热材料两侧供电实现电加热。

在一种实现方式中，辅热系统的加热组件表面从风道侧部对向风道(即图2中锯齿状表面侧对进风方向)，加热组件进行加热时，待加热的空气流经加热组件的上表面，此时，可以将加热组件设置为面状结构。而在另一种实现方式中，辅热系统的加热组件表面正对风道进风方向(即图2中锯齿状表面正对进风方向)，加热元件20和散热保护层30均采用网状或其他透风构造，如图2所示，待加热的空气从上方穿过加热组件的内部，从下方流出。

具体地，在辅热系统沿长度方向上(上下两端)设置两个固定板11，在两个固定板11内侧对应地设置多个安装孔，这些安装孔呈锯齿状均匀分布在固定板11上，用于安装支撑管13使得多根支撑管13在固定板11上呈锯齿状均匀分布。

加热组件中的加热元件20通电后产生热量，热量用于对流入辅热系统的空气进行加热。

在一种优选实现方式中，加热组件包括耐高温纤维层和包覆在耐高温纤维层外的微晶石墨层。这种材料的制备方法包括以下步骤：

步骤1：准备清洁的纤维材料，如选用石英纤维布作为纤维材料，将石英纤维布采用超声清洗方式进行清洗；

步骤2：对纤维材料进行表面覆膜处理，所覆的膜层包含碳源裂解催化材料；

具体的，利用常温喷镍的方法在石英纤维布表面包镍，完成对石英纤维布表面的覆膜处理，控制镍膜厚度为30μm。

步骤3：将覆膜后的纤维材料置于真空反应腔中；

具体的，在该步骤3中，选用400℃的高温管式炉作为真空反应腔，将上述步骤2中得到的覆镍的石英纤维布放入真空反应腔中，并利用无油涡旋真空泵将反应腔内压强抽至10 Pa以下。

步骤4：向真空反应腔中通入保护气体和还原性气体，然后通入碳源，进行微晶石墨生长；

具体的，在该步骤4中，向上述真空反应腔中通入保护气体和还原性气体(Ar/H21000/1000sccm)，气流平稳后打开乙烯气体阀门，将流量控制为1000sccm。乙烯气进入反应腔后迅速裂解成活性碳物种，大量活性碳物种吸附到石英纤维表面，在表面迁移、碰撞，从而实现微晶石墨的成核和生长。

步骤5：在保护气体和还原性气体氛围下，对纤维材料进行降温，获得耐高温电热纤维。

具体的，在该步骤5中，设定生长时长为120分钟，生长结束后迅速关闭甲苯阀门，并将Ar/H2设置为300/300sccm，开启降温过程。待反应腔内温度降至室温，关闭Ar/H2，开仓取出样品。

性能测试结果表明：采用液化气喷火枪对制备的电热纤维进行耐热性实验，测试结果为当温度大于1200℃时，纤维出现脆裂现象，具有不燃的特性；采用四探针测试仪对样品进行测试，测试结果为面电阻值为100Ω/sq。采用TIR100-2发射率快速测定仪，将被测样品表面接收100℃半球形黑体辐射出的红外辐射，样品3反射的红外辐射被接收测出反射率并根据校准值得到发射率，测量结果为，远红外发射率0.96。采用德国布鲁克X射线能谱仪(QUANTAX EDS)系统对样品微区成分元素种类分析，未检测出镍元素残留。申请人采用常温喷镍的方式进行过类似试验，与采用常温喷镍的方式相比，本发明实施例中喷镍的方式大大降低了生长温度，常温喷镍覆膜方式的电热纤维生长温度往往需要达到800度以上。经分析可知，在T＝773～1573 K温度范围内，碳在镍中固溶度较高，碳源在高温条件下于镍金属表面催化裂解后形成的碳原子或碳自由基会进入到镍金属基底体相里，降温时再从镍金属体相析出到表面形成较厚的微晶石墨层。

具体而言，申请人注意到，通过采用耐高温纤维内芯、覆镍裂解催化、微晶石墨包覆生长的方式制备的加热元件，不仅能够增加材料的韧性和透气性，还提高了材料的热辐射面积，进而进一步提高热转换效率，可以实现接近100％的电热转换效率。

本发明中所提供的电热纤维可以在低压情况下实现瞬时加热。

需要说明的是，覆镍的厚度不要超过100μm，以确保后续反应过程中金属无残留，申请人发现一旦纤维中有镍催化剂残留会出现纤维易老化断裂的情况。

另外，这里提到的稀疏结构膜层指的是非磁控溅射等方式实现的强结合力膜层，并非指的膜层内一定要存在间隙。优选地，覆镍采用覆纳米镍颗粒构造。

优选地，微晶石墨层通过化学气相沉积方法沉积在耐高温纤维层表面。

在本实施例中，散热保护层30设置在加热元件20的两侧，散热保护层30安装于支撑管13上，使得加热组件附着于支撑管13、设置于固定板11之间，由于加热组件为带状柔性材料构成，其形状随着支撑管13在固定板11上的排列而呈锯齿状，因此，有利于提高散热保护层30与空气的接触面积，散热保护层30吸收加热元件20产生的热量后，能够加快辅热装置对空气的制热速率。

散热保护层30由导热材料构成，例如，高导热系数且耐高温的黑色导热橡胶、黑色导热布或黑色导热涂层。

进一步地，散热保护层30设置于绝缘固定架10的外侧，辅热系统包括：隔热反射层；隔热反射层设置于绝缘固定架10的内侧，隔热反射层用于隔离并反射加热元件20(加热组件)产生的热量至绝缘固定架10的外侧；

通过设置隔热反射层，对散热保护层30散发的热量进行隔热和反射，隔热反射层包括隔热层和反射层，隔热层材料选用硅酸铝纤维棉、矿渣纤维棉、延绵、玻璃纤维棉、海泡纤维棉等一系列耐高温、防火、不燃的矿物纤维材料，或者蛭石、膨胀珍珠岩、硅酸钙保温绝热轻体材料等一系列不燃、防火的无机矿物类材料；反射层材料选用铝箔、银浆反射涂料、铝银浆反射涂料、陶瓷纤维一系列反射材料。在避免辅热装置热能浪费的同时，还有利于防止靠近辅热装置内侧的电气元件温度过高。

进一步地，辅热系统包括温度传感器；温度传感器设置于加热组件的内部，也就是说，在散热保护层30和加热元件20之间设置温度传感器，温度传感器用于检测并输出散热保护层中的温度。

具体地，当辅热系统安装于一个整体的制热系统内时，如空调、车载空调，以空调为例，通过设置温度传感器，可以将检测到的温度传输至空调的温度控制单元，以便于温度控制单元根据辅热系统产生的温度对空调的制热效果进行调整(如减小压缩机的工作频率、调整辅热系统工作电流)，使得空调的制热符合用户的需求。

优选地，辅热系统包括滤网；滤网设置于隔热反射层的外侧，滤网用于滤除流入隔热反射层、散热保护层30以及加热元件20的空气中的大颗粒物和/或杂质。

具体地，空气由辅热装置的内侧向外侧流动，依次经过滤网、隔热反射层以及加热组件，在空气流经加热组件时，加热组件对空气进行加热，并且，隔热反射层能够将加热组件产生的热量向空气流动的方向反射。

实施例二：

本实施例二提供了一种具有辅热系统的空调，该空调包括如实施例一中任一项所述的辅热系统，辅热系统设置于该空调的进风口和/或空调的出风口。

具体地，利用辅热系统代替原有的电陶瓷加热体PTC，有利于减小辅热系统的占用空间，同时由于散热保护层和加热元件为锯齿状分布，增大了与待加热空气的接触面积，有利于对进入和/或排出空调室内机的空气进行加热，提高了辅热系统的加热效率。

进一步地，该空调包括：第二制热单元；第二制热单元用于当判定接收到的制热指令中加热温度小于或等于散热温度时，向辅热系统发送辐射散热指令；辅热系统还用于根据辐射散热指令向空调的外侧进行热辐射。

具体地，通过设置第二制热单元，当判定用户制热需求较小时，即加热温度小于或等于散热温度，此时，可以关闭空调的室外机，仅启动辅热系统，通过热辐射的方式，对室内空气进行制热，有利于降低空调系统的能耗。

进一步地，该空调包括：红外理疗单元；红外理疗单元的电流输出端连接于辅热系统，红外理疗单元用于向辅热系统施加理疗电流。

具体地，在红外理疗单元中设置电流调节装置(如整流装置)，当用户根据自身的实际需求，在不需要利用空调进行室内空气加热时，可以向红外理疗单元发送作业指令，由红外理疗单元中的电流调节装置，调节生成数值较小的直流电流，记作理疗电流，对辅热系统中的加热元件施加该理疗电流，控制辅热系统向室内发射红外理疗波，有利于改善用户的健康状况。

需要强调的是，当冬季室外环境温度达到零下5摄氏度以下时，热泵空调的工作效率会大幅度下降。温度再低时，很多空调将无法工作。此时室内要加热，只能靠电辅热功能系统。实验测试数据表明，在相同的测试条件下，本发明中的空调电加热辅热系统比传统PTC组件节能20％以上。现从材料本身的特性角度进行分析：

PTC本质上是一种掺杂的钛酸钡半导体陶瓷，电离能比较小，因而室温下受激发产生导电载流子，但这些自由电子是存在于绝缘的基体多晶材料中，其在多晶材料中的定向移动势必会受到有一定势垒高度的晶界的阻碍，导电粒子与晶界会产生非弹性的散射碰撞,从而导致制热效率差以及损耗高。而本发明的加热元件采用耐高温纤维内芯、覆镍裂解催化、微晶石墨包覆生长的方式制备的加热元件，不仅能够增加材料的韧性和透气性，还提高了材料的热辐射面积，进而进一步提高热转换效率，可以实现接近100％的电热转换效率。所以，本发明中的空调电加热辅热系统比传统PTC组件更节能。

以上结合附图详细说明了本申请的技术方案，本申请提出了一种空调的电加热辅热系统以及具有辅热系统的空调，其中，该辅热系统包括：绝缘固定架上设置上下两层固定板，固定板上设置有卡槽，卡槽用于对辅热系统进行固定，固定板之间竖直安装有多根支撑管，支撑管排列成锯齿状、均匀分布；加热组件为带状加热组件，其附着于支撑管、设置于固定板之间，加热组件通电后产生热量，热量用于对流入辅热系统的空气进行加热。通过本申请中的技术方案，有利于减小辅热系统的占用空间，提高辅热系统的电能转换效率，提高了辅热系统与空气的接触面积，提高了辅热系统的加热效率。

在本申请中，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

附图中的各个部件的形状均是示意性的，不排除与其真实形状存在一定差异，附图仅用于对本申请的原理进行说明，并非意在对本申请进行限制。

尽管参考附图详地公开了本申请，但应理解的是，这些描述仅仅是示例性的，并非用来限制本申请的应用。本申请的保护范围由附加权利要求限定，并可包括在不脱离本申请保护范围和精神的情况下针对发明所作的各种变型、改型及等效方案。

Claims (8)

1.一种空调的电加热辅热系统，其特征在于，该系统包括：绝缘固定架(10)以及加热组件；

所述绝缘固定架(10)上设置上下两层固定板(11)，所述固定板(11)上设置有卡槽(12)，所述卡槽(12)用于对所述辅热系统进行固定，所述固定板(11)之间竖直安装有多根支撑管(13)，所述支撑管(13)排列成锯齿状、均匀分布；

所述加热组件为带状加热组件，其附着于所述支撑管(13)、设置于所述固定板(11)之间，所述加热组件通电后产生热量，所述热量用于对流入所述辅热系统的空气进行加热，其中，所述加热组件中的加热元件(20)包括耐高温纤维层和包覆在所述耐高温纤维层外的微晶石墨层。

2.如权利要求1所述的空调的电加热辅热系统，其特征在于，所述辅热系统包括：隔热反射层；

所述隔热反射层设置于所述绝缘固定架(10)的内侧，所述隔热反射层用于隔离并反射所述加热组件产生的热量至所述绝缘固定架(10)的外侧。

3.如权利要求2所述的空调的电加热辅热系统，其特征在于，所述辅热系统包括：滤网；

所述滤网设置于所述隔热反射层的外侧，滤网用于滤除流入所述隔热反射层的空气中的大颗粒物。

4.如权利要求1所述的空调的电加热辅热系统，其特征在于，所述微晶石墨层通过化学气相沉积方法沉积在所述耐高温纤维层表面。

5.一种具有辅热系统的空调，其特征在于，所述空调包括如权利要求1至4中任一项所述的辅热系统，所述辅热系统设置于所述空调的进风口和/或所述空调的出风口。

6.如权利要求5所述的具有辅热系统的空调，其特征在于，所述空调包括：第二制热单元；

所述第二制热单元用于当判定接收到的制热指令中加热温度小于或等于散热温度时，向所述辅热系统发送辐射散热指令；

所述辅热系统还用于根据所述辐射散热指令向所述空调的外侧进行热辐射。

7.如权利要求6所述的具有辅热系统的空调，其特征在于，所述空调包括：红外理疗单元；

所述红外理疗单元的电流输出端连接于所述辅热系统，所述红外理疗单元用于向所述辅热系统施加理疗电流；

所述辅热系统还用于根据所述理疗电流产生红外理疗波。

8.如权利要求5所述的具有辅热系统的空调，其特征在于，所述微晶石墨层通过化学气相沉积方法沉积在所述耐高温纤维层表面。