CN115014105A - 蓄热模块和具有其的空调器 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种蓄热模块和具有其的空调器，属于蓄热技术领域，所述蓄热模块，包括壳体和设于壳体内的换热组件，壳体和换热组件之间填充有相变储能材料层，换热组件包括：多个阵列设置的U型换热管以及套设于多个U型换热管上的翅片组，U型换热管沿第一方向延伸，U型换热管沿第二方向排列成行，U型换热管沿第三方向排列成列，位于同一列的U型换热管通过连接管依次串联形成冷媒流路，位于同一行的U型换热管并联，其中，第一方向、第二方向以及第三方向两两垂直。根据本发明的蓄热模块，位于同一列的多个U型换热管依次串联形成冷媒流路，位于同一行的多列U型换热管并联，从而形成多个并联的冷媒流路，能够有效地解决制冷剂分配不均的情况。
Description
技术领域
本申请涉及蓄热技术领域，尤其涉及一种蓄热模块和具有其的空调器。
背景技术
目前热泵空调器在冬季制热运行时，空气侧换热组件起蒸发器的作用，由于环境温度较低，换热组件表面的温度也随之下降，甚至低于0℃，当室外空气流经换热组件盘管时，其所含的水分就会析出，并形成霜层。换热组件化霜过程需从室内侧取热，使得室内温度产生较大波动，室内的舒适性变差。
为解决快速化霜及化霜过程室内温度波动性大的问题，可采用相变蓄热模块进行化霜。行业中存在以“膨胀石墨+石蜡”为蓄热技术的蓄热模块，用以提供化霜能量，避免化霜时从室内取热造成室内温降。但现存的蓄热模块存在体积大、蓄热放热速率较慢、生产成本高、粉尘污染严重、无法进行大规模应用等问题。也有部分厂家采用“微通道换热组件+复合相变石蜡”为蓄热技术的蓄热模块，此种微通道换热组件结构设计存在制冷剂分配很不均匀，存在“干蒸”与“供液过多”以及“供液不够”的情况发生，蓄热模块的蓄热、放热效率依然不够理想，机组化霜时间长等问题，同时机组尺寸较大，无法满足小尺寸安装空间需求。
为了减少生产制造成本和安装空间的浪费，现有的蓄热模块结构无法满足未来蓄热模块小型化的开发需求，因此亟需开发小型化的高效换热的蓄热模块。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种蓄热模块，所述蓄热模块，通过设置多个并联的冷媒流路，能够有效地解决制冷剂分配不均匀的情况，同时能够利用翅片进行换热，增加了换热组件与相变储能材料的接触面积，提升了蓄热模块的换热效率。
本发明还提出了一种空调器，包括上述的蓄热模块。
根据本发明的蓄热模块，包括壳体和设于壳体内的换热组件，壳体和换热组件之间填充有相变储能材料层，换热组件包括：多个阵列设置的U型换热管以及套设于多个U型换热管上的翅片组，U型换热管沿第一方向延伸，U型换热管沿第二方向排列成行，U型换热管沿第三方向排列成列，位于同一列的U型换热管通过连接管依次串联形成冷媒流路，位于同一行的U型换热管并联，其中，第一方向、第二方向以及第三方向两两垂直。
根据本发明的蓄热模块，位于同一列的多个U型换热管依次串联形成冷媒流路，位于同一行的多列U型换热管并联，从而形成多个并联的冷媒流路，能够有效地解决制冷剂分配不均的情况，同时能够利用翅片进行换热，增加了换热组件与相变储能材料的接触面积，提升了蓄热模块的换热效率，当蓄热模块应用于空调器中时，能够加快蓄热化霜速度，降低化霜时间，减少空调制热时室内的温降值，提升制热舒适性，同时，由于蓄热模块的换热效率高，因此能够减小蓄热模块的整体尺寸，降低产品的生产制造成本。
根据本发明的蓄热模块，U型换热管包括第一自由端和第二自由端，翅片组包括沿第一方向排列的多个翅片，在翅片所在的平面内投影，在同一列中，位于奇数行的U型换热管的第一自由端均对齐，位于偶数行的U型换热管的第二自由端均对齐。根据本发明的蓄热模块，U型换热管包括弯曲部和与弯曲部连接的两个直线部，U型换热管的长度为弯曲部在第一方向上的长度和直线部的长度之和，U型换热管的长度范围为280～320mm。
根据本发明的蓄热模块，翅片沿第二方向的宽度范围为180～210mm，翅片沿第三方向的高度范围为80～100mm。
根据本发明的蓄热模块，翅片组沿第一方向的厚度为260～280mm，翅片组包括沿第一方向排列的多个翅片，翅片的数量为190～210片，翅片的厚度范围为0.095～0.115mm。
根据本发明的蓄热模块，冷媒流路的数量为五个，每个冷媒流路包括七个U型换热管。
根据本发明的蓄热模块，还包括输入总管和输出总管，输入总管沿第二方向设置，输入总管设有多个间隔的输入孔，输入孔与冷媒流路的数量一一对应，每个输入孔通过输入支管与冷媒流路的入口端连通，输出总管沿第二方向设置，输出总管设有多个间隔的输出孔，输出孔与冷媒流路的数量一一对应，每个输出孔通过输出支管与冷媒流路的出口端连通。
根据本发明的蓄热模块，还包括外壳，壳体设于外壳中，外壳与壳体之间填充有保温层，保温层包括聚氨酯发泡层。
可选地，保温层的厚度为10～20mm。
根据本发明的蓄热模块，相变储能材料包括石蜡和金属有机骨架的混合物。
根据本发明的空调器，包括上述的蓄热模块。
根据本发明的空调器，蓄热模块的换热效率高，提取和储存热量的时间更短，能够加快蓄热化霜速度，降低化霜时间，减少空调制热时室内的温降值，同时在化霜环节能够直接提取蓄热模块中存储的热量进行化霜，避免从室内取热，减小了空调器化霜时室内温度的波动性，提升了化霜时室内环境的舒适性，同时由于蓄热模块的整体尺寸较小，能够为其他零部件的安装让位，从而在一定程度上为空调器的整体体积缩小创造了有力的条件。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为根据本发明一些实施例的蓄热模块的换热组件立体图；
图2为图1中实施例的蓄热模块的换热组件的俯视图；
图3为图1中实施例的蓄热模块的换热组件的侧视图；
图4为图1中实施例的蓄热模块的换热组件的前视图；
图5为根据本发明的再一些实施例的蓄热模块的换热组件的立体图；
图6为图1中实施例的蓄热模块的换热组件与管路连接的立体图；
图7为图1中实施例的蓄热模块的换热组件与管路连接的俯视图；
图8为图1中实施例的蓄热模块的换热组件与管路连接的侧视图；
图9为图1中实施例的蓄热模块的立体图；
图10为图1中实施例的蓄热模块的部分结构的俯视图；
图11为图1中实施例的蓄热模块的部分结构的俯视图。
附图标记：
蓄热模块1，
壳体10，换热组件20，冷媒流路201，U型换热管21，弯曲部211，直线部212，第一自由端213，第二自由端214，连接管215，翅片组22，相变储能材料层30，保温层40，外壳50，底盒51、盖板52、输出总管61，输出支管612，出液管614，输入总管62，输入支管622，进气管624。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
如图1、图2、图10以及图11所示，根据本发明实施例的蓄热模块1，包括壳体10和设于壳体10内的换热组件20，壳体10和换热组件20之间填充有相变储能材料层30，换热组件20包括：多个阵列设置的U型换热管21以及套设于多个U型换热管21上的翅片组22，U型换热管21沿第一方向延伸，U型换热管21沿第二方向排列成行，U型换热管21沿第三方向排列成列，位于同一列的U型换热管21通过连接管215依次串联形成冷媒流路201，位于同一行的U型换热管21并联，其中，第一方向、第二方向以及第三方向两两垂直。
展开来说，相变储能材料是在相变过程中可吸收和释放能量的储热材料，位于同一列的多个U型换热管21依次串联形成冷媒流路201，位于同一行的多列U型换热管21并联，从而形成多个并联的冷媒流路201，多个U型换热管21外套设翅片组22，蓄热模块1在蓄热时，高温高压的冷媒进入换热组件20中，将一部分热量通过U型换热管21的管壁散发给相变储能材料，一部分热量通过U型换热管21的管壁传递给翅片组22，通过翅片组22传递给相变储能材料，将热量储存在相变储能材料中，蓄热模块1放热时，冷态冷媒流进换热组件20的过程中，相变储能材料将储存的热量传递给冷媒。由于翅片组22增加了换热组件20与相变储能材料的换热面积，提升了换热组件20与相变储能材料的换热效率，使得蓄热模块1的蓄热量、放热量更大，提取和储存热量的时间更短，提升蓄热模块1的换热效率。
其中，此处的相变储能材料可以选择石蜡、石蜡+膨胀石墨、石蜡+软脂酸、相变储能蜡+硬脂酸、硬脂酸+肉豆蔻酸、六水氯化钙、石蜡+泡沫铜、石蜡+碳纳米纤维、石蜡+纳米铝粉以及石蜡与金属有机骨架的混合物。相变储能材料中，用作支撑的材料包括膨胀石墨、陶瓷、膨润土、微胶囊、泡沫铜、纳米铝粉、碳纳米纤维以及金属有机骨架等，其中，金属有机骨架中的金属材料包括铝、铝合金、铜、铜合金、铁、铁合金、钛、钛合金、镁、镁合金中的一种或一种以上。其中，金属有机骨架中的有机物包括饱和脂肪酸、高级烷烃、长链脂肪醇、聚乙二醇中的一种或多种。
另外，壳体10的材质包括不锈钢、铝合金、钛合金、镁合金以及热镀锌板等，优选热镀锌板制成，为了提升蓄热模块1的防腐蚀性能，还可以对其进行喷塑、喷涂等表面处理，壳体10选择由铝合金、钛合金、镁合金等制成，可以减轻蓄热模块1的整体重量。
如图1和图5中为两种连接管215连接U型换热管21的方式。
需要说明的是，“第一方向”、“第二方向”以及“第三方向”为定义的方向，是为了以第一方向、第二方向以及第三方向来共同定义坐标系，其中的一个坐标系即为X轴、Y轴以及Z轴，也就是说，第一方向可以是X轴方向、Y轴方向或者Z轴方向，U型换热管21可以沿X轴方向、Y轴方向或者Z轴方向延伸。
根据本发明实施例的蓄热模块1，能够有效地解决制冷剂分配不均的情况，同时能够利用翅片进行换热，增加了换热组件20与相变储能材料的接触面积，提升了蓄热模块1的换热效率，当蓄热模块1应用于空调器中时，能够加快蓄热化霜速度，降低化霜时间，减少空调制热时室内的温降值，提升制热舒适性，同时，由于蓄热模块1的换热效率高，因此能够减小蓄热模块1的整体尺寸，降低产品的生产制造成本。
如图2所示，根据本发明实施例的蓄热模块1，U型换热管21包括弯曲部211和与弯曲部211连接的两个直线部212，如图7所示，U型换热管21包括第一自由端213和第二自由端214，翅片组22包括沿第一方向排列的多个翅片，在翅片所在的平面内投影，在同一列中，位于奇数行的U型换热管21的第一自由端213均对齐，位于偶数行的U型换热管21的第二自由端214均对齐。位于奇数行的U型换热管21的第一自由端213均朝左对齐，位于偶数行的U型换热管21的第二自由端214均朝右对齐，位于奇数行的U型换热管21的第一自由端213与位于偶数行的U型换热管21的第一自由端213均错开，位于奇数行的U型换热管21的第二自由端214与位于偶数行的U型换热管21的第二自由端214均错开，由于连接管215的安装需要一定的长度，如此设置，能够在有限的空间内，减小U型换热管21之间的行间距，增加U型换热管21的行数，同时由于连接管215倾斜设置，增加冷媒流路201的长度，增强散热和吸热能力。
为了简化设置，如图4所示，位于奇数行的U型换热管21的弯曲部211朝向左侧对齐，位于偶数行的U型换热管21的弯曲部211朝向右侧对齐。
其中，直线部212的横截面的形状包括但不限于是椭圆形、矩形、圆形以及多边形等。制成U型换热管21的材料包括但不限于是铜管、铝管、不锈钢管以及钛合金管等。
根据本发明实施例的蓄热模块1，如图2所示，U型换热管21的长度L为弯曲部211在第一方向上的长度L0和直线部212的长度L1之和，L＝L0+L1，U型换热管21的长度L的范围为280～320mm，例如，280mm、290mm、300mm、310mm以及320mm等。冷媒流路201的长度为冷媒流经该冷媒流路201中的全部U型换热管21的路径长度，合适的冷媒流路201的长度能够增加冷媒与翅片组22之间的换热面积。
在一些实施例中，如图4所示，同一U型换热管21的两个直线部212的孔的圆心之间的间距H1为18～21mm，优选为19.05mm。同一列的两个相邻的U型换热管21的直线部212的孔的圆心之间的在第三方向上的直线距离H2为10～14mm，优选12.7mm。
其中，如图3所示，翅片组22沿第一方向的厚度D1为260～280mm，例如，260mm、265mm、270mm、275mm以及280mm等；翅片沿第二方向的宽度范围D2为180～210mm，例如，180mm、185mm、190mm、195mm、200mm、205mm以及210mm等；翅片沿第三方向的高度范围D3为80～100mm，例如80mm、85mm、90mm、95mm以及100mm等。翅片的数量为190～210片，例如，195片、200片、205片以及210片等，翅片的厚度范围为0.095～0.115mm，翅片之间的间距范围为1.4mm。
为了防止翅片变形，还可以在翅片组22的第一方向的两侧增加边板对翅片进行保护。
根据本发明实施例的蓄热模块1，冷媒流路201的数量为五个，每个冷媒流路201包括七个U型换热管21，也就是说，在同一行，每行的U型换热管21的数量为五个，在同一列，每一列的U型换热管21的数量为七个，如此，能够通过设置合适的冷媒流路201的数量和流路长度，增加了冷媒与换热组件20的换热面积，提升了蓄热模块1的换热效率。
如图6-图8所示，根据本发明实施例的蓄热模块1还包括输出总管61和输入总管62，输出总管61沿第二方向设置，输入总管62沿第二方向设置，输入总管62设有多个间隔的输入孔，输入孔与冷媒流路201的数量一一对应，每个输入孔通过输入支管622与冷媒流路201的入口端连通，冷媒经过输入孔输入换热组件20，输出总管61设有多个间隔的输出孔，输出孔与冷媒流路201的数量一一对应，每个输出孔通过输出支管612与冷媒流路201的出口端连通，冷媒经由输出孔流出换热组件20。换热前的冷媒经由输入总管62输入通过多个输入支管622均匀分配给各冷媒流路201，换热后的冷媒经由各输出支管612汇聚到输出总管61流出换热组件20。
其中，如图11所示，输出总管61和输入总管62设于壳体10内，输出支管612以及输入支管622穿过壳体10与换热组件20相连。为了方便换热组件20的安装设置，壳体10包括下壳和顶盖，下壳和顶盖的连接方式包括但不限于是卡箍、卡扣、强力胶、铆接以及咬接中的一种或多种固定方式。顶盖上设有与输出支管612以及输入支管622的管径相匹配的避让缺口。
另外，多个输出孔沿输出总管61的延伸方向均匀分布，多个输入孔沿输入总管62的延伸方向均匀分布，如此能够进一步地使得冷媒能够均匀分配给各冷媒流路201，提升冷媒分配的均匀性。
此外，输出支管612长度范围为40～80mm，例如，40mm、45mm、50mm、55mm、60mm、65mm、70mm、75mm以及80mm等；输入支管622的长度范围为20～60mm，例如，20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm、50mm、55mm以及60mm等；输出总管61的长度范围为190～200mm，例如190mm、192mm、194mm、196mm、198mm以及200mm等；输入总管62的长度范围为190～200mm，例如190mm、192mm、194mm、196mm、198mm以及200mm等。
根据本发明实施例的蓄热模块1，如图9-图11所示，还包括外壳50，壳体10设于外壳50中，外壳50与壳体10之间填充有保温层40，保温层40包括聚氨酯发泡层，其中，如图10所示，保温层40的厚度H3为10～20mm。例如可以是10mm、12mm、14mm、16mm、18mm以及20mm等。外壳50限定出安装腔，壳体10设于外壳50中，输出总管61和输入总管62分别通过出液管614和进气管624与空调器中的其他部件连通。通过设置保温层40，能够对相变储能材料储存的热量进行保温，也能够对吸收热量的换热组件20中的冷媒进行保温，防止热量损失。。
在其他实施例中，保温层40还可以是真空绝热板、海绵以及气凝胶等保温隔热材料。
其中，外壳50包括底盒51和盖板52，底盒51和盖板52的连接方式包括但不限于是卡箍、卡扣、强力胶、铆接以及咬接中的一种或多种固定方式。盖板52上设有避让出液管614和进气管624的缺口，以供出液管614和进气管624与输出总管61和输入总管62分别连通。
如图11所示，沿第二方向，翅片组22的左侧与壳体10之间的距离M1为8～12mm，例如，8mm、9mm、10mm、11mm以及12mm等；翅片组22的左侧与壳体10之间的距离M2为8～12mm，例如，8mm、9mm、10mm、11mm以及12mm等。沿第一方向，翅片组22的前侧与壳体10之间的距离M3为85～95mm，例如，87mm、89mm、91mm、93mm以及95mm等；翅片组22的后侧与壳体10之间的距离M4为20～25mm，例如，20mm、21mm、22mm、23mm、24mm以及25mm等，其中，朝向靠近输出总管61和输入总管62的方向为前侧，如此，能够使得换热组件20周围填充合适厚度的相变储能材料，有利于相变储能材料吸收并存储足够的能量，避免蓄热模块1内部部分相变储能材料局部过薄或过厚，导致蓄热不充分或者蓄热模块1体积过大等问题。另外，合适的翅片组22的前侧与壳体10之间的距离，能够使得输出总管61、输入总管62、输出支管612以及输入支管622均设于外壳50中，保证了蓄热模块1的管路设计的紧凑性，进一步减少了管路材料的用量。
根据本发明实施例的空调器，包括上述的蓄热模块1。
根据本发明的空调器，蓄热模块1的换热效率高，提取和储存热量的时间更短，能够加快蓄热化霜速度，降低化霜时间，减少空调制热时室内的温降值，同时在化霜环节能够直接提取蓄热模块1中存储的热量进行化霜，避免从室内取热，减小了空调器化霜时室内温度的波动性，提升了化霜时室内环境的舒适性，同时由于蓄热模块1的整体尺寸较小，能够为其他零部件的安装让位，从而在一定程度上为空调器的整体体积缩小创造了有力的条件。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
Claims (11)
1.一种蓄热模块，其特征在于，包括壳体和设于所述壳体内的换热组件，所述壳体和所述换热组件之间填充有相变储能材料层，所述换热组件包括：
多个阵列设置的U型换热管以及套设于多个所述U型换热管上的翅片组，所述U型换热管沿第一方向延伸，所述U型换热管沿第二方向排列成行，所述U型换热管沿第三方向排列成列，位于同一列的所述U型换热管通过连接管依次串联形成冷媒流路，位于同一行的所述U型换热管并联，其中，所述第一方向、所述第二方向以及所述第三方向两两垂直。
2.根据权利要求1所述的蓄热模块，其特征在于，所述U型换热管包括第一自由端和第二自由端，所述翅片组包括沿所述第一方向排列的多个翅片，在所述翅片所在的平面内投影，在同一列中，位于奇数行的所述U型换热管的第一自由端均对齐，位于偶数行的所述U型换热管的第二自由端均对齐。
3.根据权利要求1所述的蓄热模块，其特征在于，所述U型换热管包括弯曲部和与所述弯曲部连接的两个直线部，所述U型换热管的长度为所述弯曲部在所述第一方向上的长度和所述直线部的长度之和，所述U型换热管的长度范围为280～320mm。
4.根据权利要求1所述的蓄热模块，其特征在于，所述翅片沿所述第二方向的宽度范围为180～210mm，所述翅片沿所述第三方向的高度范围为80～100mm。
5.根据权利要求1所述的蓄热模块，其特征在于，所述翅片组沿所述第一方向的厚度为260～280mm，所述翅片组包括沿所述第一方向排列的多个翅片，所述翅片的数量为190～210片，所述翅片的厚度范围为0.095～0.115mm。
6.根据权利要求1所述的蓄热模块，其特征在于，所述冷媒流路的数量为五个，每个所述冷媒流路包括七个所述U型换热管。
7.根据权利要求1所述的蓄热模块，其特征在于，还包括输入总管和输出总管，所述输入总管沿所述第二方向设置，所述输入总管设有多个间隔的输入孔，所述输入孔与所述冷媒流路的数量一一对应，每个所述输入孔通过输入支管与所述冷媒流路的入口端连通，
所述输出总管沿所述第二方向设置，所述输出总管设有多个间隔的输出孔，所述输出孔与所述冷媒流路的数量一一对应，每个所述输出孔通过输出支管与所述冷媒流路的出口端连通。
8.根据权利要求1所述的蓄热模块，其特征在于，还包括外壳，所述壳体设于所述外壳中，所述外壳与所述壳体之间填充有保温层，所述保温层包括聚氨酯发泡层。
9.根据权利要求8所述的蓄热模块，其特征在于，所述保温层的厚度为10～20mm。
10.根据权利要求1所述的蓄热模块，其特征在于，所述相变储能材料包括石蜡和金属有机骨架的混合物。
11.一种空调器，其特征在于，包括如权利要1-10任一项所述的蓄热模块。
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