一种冷媒加热器及具有其的空调系统的制作方法

本发明涉及一种冷媒加热器及具有该冷媒加热器的空调系统。

背景技术：

在热泵空调制热的冬季，由于室外环境温度很低，在空调未运行的情况下，整个系统内的冷媒大多以液态的形式存在于室外侧。因此，在空调开机制热时，通常没有足够的热量使得这些液态冷媒迅速气化，胝缩机吸气口获取不到足够的气态冷媒，吸气压力逐渐降低，排气压力也很低，导致空调启动后制热效果差，制热速度慢。随着压缩机注入的热量和从环境缓慢吸收的热量增加，残存在室外侧的液态冷媒基本全部气化后，才能进入正常的系统制热状态。这个过程可能持续十几分钟甚至几十分钟，极大的影响了用户的使用体验。

针对这类空调启动制热速度慢的问题，可以通过在启动阶段采取外部加热的方式提高空调的制热速度，而加热器的加热效率是实现此方法的关键。需要在加入足够热量的同时，保证与冷媒接触的加热器表面温度不会过高，从而保证流经加热器表面的润滑油不会被破坏。

技术实现要素：

本发明的目的是：提高低温条件下空调启动后达到正常制热效果的速度。

为了达到上述目的，本发明的一个技术方案是提供了一种冷媒加热器，包括外部加热源，其特征在于，还包括铜管，外部加热源外敷于铜管管壁，在铜管内设有金属泡沫。

优选地，所述金属泡沫与所述铜管焊接在一起。

优选地，所述金属泡沫的材质与所述铜管相同，或不相同。

优选地，所述金属泡沫均匀的填充于所述铜管内。

优选地，所述金属泡沫的孔隙率不小于0.95，孔密度不大于10ppi。

优选地，所述金属泡沫填充方式为依据孔密度的不同梯度填充，或者在所述铜管内设有金属支架，所述金属泡沫采用直径小于管径的金属泡沫圆柱，该金属泡沫圆柱通过金属支架固定于所述铜管的管道中轴线上。

优选地，所述梯度填充为靠近所述铜管壁面处的所述金属泡沫孔密度小，靠近所述铜管的管道中心的所述金属泡沫孔密度大。

本发明的另一个技术方案是提供了一种具有上述的冷媒加热器的空调系统，包括压缩机，压缩机的进口端连接四通阀的端口一，四通阀的端口二连接外换热器，外换热器经由节流阀连接内换热器，内换热器连接四通阀的端口四，其特征在于，压缩机的出口端经由上述的冷媒加热器连接四通阀的端口三，通过操作四通阀使得端口一与端口二相通、端口三与端口四相通，或使得端口三与端口一相通、端口二与端口四相通，冷媒加热器与控制阀并联。

优选地，在所述冷媒加热器的所述铜管的壁面设有壁面温度传感器，壁面温度传感器与加热量控制单元相连。

金属泡沫作为一种比表面积大、重量轻、体积小、结构坚同的高效强化传热手段，可极大的提高换热效率，是一种非常有价值的冷媒加热途径。

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

(1)填充金属泡沫的冷媒加热器，换热效率很高，其壁面换热系数通常可达到未填充时的几十到上百倍。

(2)由于该冷媒加热器换热效率高，即使在入热流加热情况下，管路内部及金属泡沫也可控制在较低温度，保证温度不会超温，从而可以迅速加入热量促进室外侧积存的液态冷媒气化，大大提高制热速度。

(3)结构体积小，金属泡沫填充于铜管内部，不占据额外的空间。

附图说明

图1为金属泡沫冷媒加热器的结构示意图；

图2为梯度填充的金属泡沫冷媒加热器；

图3为部分填充的金属泡沫冷媒加热器；

图4为具有金属泡沫冷媒加热器的空调系统。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的范围。

本发明提出一种金属泡沫冷媒加热器用于在空调制热启动阶段快速加入足够的热量，将在室外侧液化的气态冷媒迅速气化，使得冷媒循环系统达到正常制热循环状态的时间大大缩短。高效的金属泡沫冷媒加热器，可保证在迅速加入大量热量的同时，与冷媒接触的加热器表面温度不会过高，从而保证流经加热器表面的润滑油不会超温变质。另外，金属泡沫换热效率高，体积小，不会占据额外的空间。金属泡沫换热器的结构图1所示，包括外部加热源1、铜管2、填充于铜管2内且和铜管2管壁焊接在一起的金属泡沫3。其中，金属泡沫3的材料最好与铜管2管壁的材料一致，方便焊接，但也可不一致，如采用其他新型材料。金属泡沫3可以均匀地填充于铜管2管内，出于对系统压降的控制，金属泡沫3的孔隙率可尽量大，如0.95以上；孔密度尽量小，如10ppi(poresperinch)及以下。

金属泡沫3的填充方式还可以是如图2所示的梯度填充，采用靠近壁面处孔密度小的金属泡沫3-1，靠近管道中心孔密度大的金属泡沫3-2的填充方式。或者采用如图3所示的部分填充方式，采用直径小于管径的金属泡沫圆柱，通过金属支架4固定于铜管2管道中轴线上。外敷于铜管2管壁的外部加热源1热量来源可以是电加热，也可以是蓄能材料的放热，外部加热源1和外管壁间应填充有导热材料。

本发明还提供了一种具有金属泡沫冷媒加热器的空调系统示意图，如图3所示。金属泡沫冷媒加热器10位于压缩机5出口、四通阀6之前，与一个较大口径的控制阀11并联。当空调系统制热时，关闭控制阀11，使冷媒全部流经金属泡沫加热器10。金属泡沫冷媒加热器10在压缩机5启动后即开始对冷媒进行加热。金属泡沫冷媒加热器10的加热量根据金属泡沫冷媒加热器10铜管外壁面或内壁面上的温度传感器测到的温度进行控制，限制在润滑油的安全工作范围内，如电加热可采用通断电流控制。这样便可将大量的热量通过冷媒循环带到系统各处(例如外换热器7、节流阀8、内换热器9等)，用来为液态冷媒快速相变为气态，提供足够的相变潜热，大大提高系统进入正常制热循环的速度。当排气压力和温度达到正常的设定值后，冷媒加热器关闭，以节省电能，完全利用冷媒循环制热。

当空调系统制冷时，金属泡沫冷媒加热器10不工作，同时将控制阀11打开，使金属泡沫冷媒加热器10被短路，以消除金属泡沫冷媒加热器10引起的额外压损。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种冷媒加热器，包括外部加热源，其特征在于，还包括铜管，外部加热源外敷于铜管管壁，在铜管内设有金属泡沫。本发明的另一个技术方案是提供了一种具有上述的冷媒加热器的空调系统，包括压缩机，压缩机的进口端连接四通阀的端口一，四通阀的端口二连接外换热器，外换热器经由节流阀连接内换热器，内换热器连接四通阀的端口四，其特征在于，压缩机的出口端经由上述的冷媒加热器连接四通阀的端口三。本发明具有如下优点：填充金属泡沫的冷媒加热器，换热效率很高；由于该冷媒加热器换热效率高，即使在大热流加热情况下，管路内部及金属泡沫也可控制在较低温度，保证温度不会超温；结构体积小，金属泡沫填充于铜管内部，不占据额外的空间。

技术研发人员：王会;刁永发
受保护的技术使用者：东华大学
技术研发日：2018.10.10
技术公布日：2019.02.15