一种热管式空调蒸发器

摘要

本发明公开了一种热管式空调蒸发器，包括至少一个蒸发单元；所述蒸发单元包括冷媒管、冷板、换热模块和设置多个通孔的框架，冷媒管、冷板、换热模块分别与外围框架连接形成板式结构；所述换热模块包括多个热管和多个翅片叠加的翅片组，翅片组套接多个热管，多个热管并排穿过框架上对应的通孔与框架连接；所述冷板包括贯穿冷板的通道和设置在表面的多个相互平行的直沟槽；所述冷媒管为一端设置有毛细管的铜质或铝质的U形管；所述冷媒管同时穿过通孔和通道，分别与框架和冷板连接；所述热管嵌入直沟槽与冷板连接；所述热管采用沟槽式可控热管或烧结式可控热管。本发明可提供更舒适健康的环境，还节能减排。

权利要求

1.一种热管式空调蒸发器，其特征在于：包括至少一个蒸发单元；所述蒸发单元包括冷媒管（1）、冷板（2）、换热模块和设置多个通孔的框架（5），冷媒管（1）、冷板（2）、换热模块分别与外围框架（5）连接形成板式结构；所述换热模块包括多个热管（3）和多个翅片叠加的翅片组（4），翅片组（4）套接多个热管（3），多个热管（3）并排穿过框架（5）上对应的通孔与框架（5）连接；所述冷板（2）包括贯穿冷板（2）的通道和设置在表面的多个相互平行的直沟槽；所述冷媒管（1）为一端设置有毛细管的铜质或铝质的U形管；所述冷媒管（1）同时穿过通孔和通道，分别与框架（5）和冷板（2）连接；所述热管（3）嵌入直沟槽与冷板（2）连接；所述热管（3）采用沟槽式可控热管或烧结式可控热管。

2.根据权利要求1所述的一种热管式空调蒸发器，其特征在于：所述热管（3）包括两端密封的管壳和灌装在管壳内的工质；所述热管（3）内的工质为高纯水，真空度不小于

0.002MPa；所述管壳为铜质。

3.根据权利要求1或2所述的一种热管式空调蒸发器，其特征在于：所述直沟槽截面呈U形，对称设置在冷板（2）的两个对立面上；所述换热模块沿直沟槽呈平行的双排分布且分别与冷板（2）焊接。

4.根据权利要求1或2所述的一种热管式空调蒸发器，其特征在于：所述冷媒管（1）与冷板（2）的连接或冷板（2）与热管（3）的连接或热管（3）与翅片组（4）的连接为回流焊连接。

5.根据权利要求1或2所述的一种热管式空调蒸发器，其特征在于：所述冷媒管（1）与冷板（2）的连接或冷板（2）与热管（3）的连接或热管（3）与翅片组（4）的连接为铆接。

6.根据权利要求1或2所述的一种热管式空调蒸发器，其特征在于：所述翅片为波纹翅片。

7.根据权利要求1或2所述的一种热管式空调蒸发器，其特征在于：包括多个蒸发单元，多个蒸发单元叠加排列并通过冷媒管（1）并联连接。

8.根据权利要求1或2所述的一种热管式空调蒸发器，其特征在于：所述冷板（2）、翅片组（4）和框架（5）均采用铝质。

说明书

一种热管式空调蒸发器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种空调蒸发器，具体是指一种热管式空调蒸发器。

背景技术

[0002] 目前，大部分空调的蒸发器采用铝箔与铜管通过胀管工艺制成，冷媒直接流经铜管后冷却铝箔，再通过铝箔直接对空气进行冷却。使用此结构蒸发器的空调在制冷时换热界面温度不易控制，当换热界面温度过低时极易产生冷凝水，其弊端：一是制冷温度过低或空气相对湿度过低都会引起人体不适甚至威胁健康；二是为控制温湿度在人体较为舒适范围内或者满足设备运行的温湿度环境、避免过度产生冷凝水，需要加装大功率加热加湿设备，增加电能消耗。据统计，由于大量冷凝水的产生会增加30%左右的耗能。

[0003] 为了有效控制制冷时温度过低和冷凝水的产生，一方面提供健康舒适的室内环境；另一方面减少额外的耗能，需要提供一种热管式空调蒸发器。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种热管式空调蒸发器，在制冷时，利用热管热交换效率高且启动温度可控的特性配合优化的蒸发器的结构，控制空调制冷时出风口温度以及冷凝水的产生，一方面提供健康舒适的室内环境；另一方面减少加热加湿等辅助设备所产生的耗能，进而节能减排。

[0005] 本发明通过下述技术方案实现：一种热管式空调蒸发器，包括至少一个蒸发单元；所述蒸发单元包括冷媒管、冷板、换热模块和设置多个通孔的框架，冷媒管、冷板、换热模块分别与外围框架连接形成板式结构；所述换热模块包括多个热管和多个翅片叠加的翅片组，翅片组套接多个热管，多个热管并排穿过框架上对应的通孔与框架连接；所述冷板包括贯穿冷板的通道和设置在表面的多个相互平行的直沟槽；所述冷媒管为一端设置有毛细管的铜质或铝质的U形管；所述冷媒管同时穿过通孔和通道，分别与框架和冷板连接；所述热管嵌入直沟槽与冷板连接；所述热管采用沟槽式可控热管或烧结式可控热管。

[0006] 所述冷媒管、冷板、热管、翅片组依次紧密连接，具有制冷作用的液态冷媒介质通过毛细管进入冷媒管，经毛细管或膨胀阀控制流量而进入蒸发器，体积瞬间增大，使其压力和温度同时降低，并在一定的压力下蒸发沸腾，由液态变成了低温低压的气态，然后再被吸入压缩机进行压缩，继续下一个循环。冷媒介质由液态变为气态的过程中，依次通过冷板、热管、翅片组向周围的空气吸收热量，对周围空气进行降温，再由风机将被降温的空气从空调出风口吹出，以达到空调制冷的效果。

[0007] 本发明中冷媒管、冷板、热管、翅片组依次紧密连接，热管利用全封闭真空管内部灌装工质的连续相变来完成热量的持续转移。热管与冷板连接部份为热管的冷凝段，有流动的空气经过并与铝翅片连接部份为热管的蒸发段。制冷状态下，冷媒介质在冷媒管内相变而吸收周围热量，促使冷媒管、与冷媒管紧密连接的冷板、与冷板紧密连接的热管冷凝段降温，促使热管两端产生温差。液态工质在蒸发段吸收热量，相变为气态，气态工质在管内微小压差作用下移动到冷凝段，遇冷壁面及外板提供的外部冷源凝结成液体并放出汽化潜热，液态工质再依靠重力或毛细力作用流回蒸发段再次蒸发，实现对外部热空气和冷媒介质热量的传递与交换。由热管组成的蒸发器具有传热效率高、结构紧凑、流体阻损小、利于控制露点腐蚀等优势。

[0008] 本发明中的热管采用沟槽式或烧结式可控热管，利用可控热管定温启动的特性控制热管启动温度。沟槽式或烧结式热管本身对热管管壳内壁进行优化，热管水平放置时，冷凝段的液相工质在非重力条件下仍然可以通过管壳内的毛细力作用迅速回流至蒸发段。沟槽式热管是在内壁加工沟槽式的流体通道，利用沟槽界面张力的作用使液相工作介质回流。沟槽式热管具有以下特点：一是热管内沟槽一体成型，传热腔体截面大，热阻较小，传热量大；二是制造工艺简单，成本低廉。烧结式热管是在热管内壁烧结一层金属粉末或金属纤维。烧结式热管具有以下特点：一是烧结金属吸液芯与热管内壁接触良好，热阻小；二是二次加工性能好，在弯曲、压扁等加工过程中不会大幅度降低传热性能；三是烧结金属的孔径变小，能产生较大的毛细压力。

[0009] 热管冷凝段和蒸发段存在温差且热管内壁温度高于启动温度，所述两个条件同时满足时热管进入等温传热的工作状态。本发明将热管的启动温度设定在合理范围内，一是可以控制室内温度维持在人体感觉舒适的范围，二是防止出风口温度过低而致使相关设备运行消耗额外电能，三是通过使热管壁温提高到露点温度以上，有效防止冷凝水的产生。所述定温启动热管可以是可调的定温启动热管，也可以是固定温度的定温启动热管。

[0010] 进一步地，所述热管包括两端密封的管壳和灌装在管壳内的工质；所述热管内的工质为高纯水，真空度不小于0.002MPa；所述管壳为铜质。工质采用的高纯水，含有极少的杂质，性能稳定，且在热管里的注入量极少，即使热管破损高纯水也不会造成污染，安全可靠。管壳采用铜质，一方面铜本身具有良好的传热性，另一方面水与铜不相容，延长热管使用寿命。

[0011] 所述热管先把两端密封的管壳抽成真空度不小于0.002MPa的状态，维持此真空度并注入工质高纯水，从而控制此定温启动热管达到最佳工作状态时的启动温度为18℃以上。如表1《水和水蒸气热力性质图表》所示：水作为工质且压力值不小于0.002MPa时，对应的热管达到正常工作状态时的启动温度为18℃以上，真空度数值越大热管启动温度越高。试验测得蒸发器传热热损为3±1℃，即热管工作温度为18℃时，蒸发器换热界面的温度高于20℃。

[0012]

[0013] 表1

[0014] 蒸发器上换热界面温度高于露点温度就不会产生冷凝水，蒸发器上换热界面温度低于露点温度就会产生冷凝水。在空气中水蒸气含量一定的情况下，环境相对湿度是随着环境温度的变化而变化的，因此环境的露点也是变化的，如表2《露点温度和相对湿度对照表》。

[0015]

[0016] 表 2

[0017] 使用本发明蒸发器的空调制冷运行时，换热界面温度高于露点则不易产生冷凝水，如：环境稳定在25℃且相对湿度不高于70%时，露点低于18.5℃，由于蒸发器上换热界面温度维持在20℃高于露点18.5℃，因而不会产生冷凝水，不降低空气的相对湿度，从而不会使环境在空调制冷的过程中变得越来越干燥。使用本发明蒸发器的空调制冷运行时，换热界面温度低于露点则会产生冷凝水，如：环境稳定在25℃且相对湿度80%时，露点为21.0℃，当空调运行一段时间至换热界面温度至21.0℃以下时低于露点，此时会产生少量的冷凝水，而使环境相对湿度降低，向人体舒适环境靠近。以上情况，同时调节湿度和温度，将温湿度控制在有利于人体健康的范围之类。据调查数据显示，相对湿度过大时会引起人体不适，人体感觉最舒适的温度为：20-24℃，最适宜的空气相对湿度是40％—70％，而且在此环境中空气中的细菌寿命最短，各种病菌不易传播，人体皮肤会感到舒适，呼吸均匀正常。高于80%会使人体呼吸系统和粘膜产生不适，免疫力下降。

[0018] 本发明的蒸发器利用可调热管可定温启动的特性，通过控制热管启动温度为18℃以上，使得蒸发器具有以下优点：一方面，风机将蒸发器换热界面附近被降温的冷空气从出风口吹出，由于此过程热损极小，出风口温度可等同于换热界面温度，当热管启动温度高于18℃时，蒸发器换热界面温度高于20℃，即空调出风口温度高于20℃。另一方面，蒸发器换热界面温度维持在20℃以上，可通过环境相对湿度与露点关系，控制冷凝水的生成，进而使环境相对湿度趋向人体舒适范围。

[0019] 进一步地，所述直沟槽截面呈U形，对称设置在冷板的两个对立面上；所述换热模块沿直沟槽呈平行的双排分布且分别与冷板焊接。冷板两对立面同时设置安装换热模块的直沟槽，充分利用板式空间，增加换热模块数量，提高散热效率。

[0020] 进一步地，所述冷媒管与冷板的连接或冷板与热管的连接或热管与翅片组的连接为回流焊连接。回流焊采用大功率多温区的回流焊炉进行焊接，使用免镀无铅锡膏作为焊料，焊接过程保持静止无震动，具有非常好的稳定性。

[0021] 进一步地，所述冷媒管与冷板的连接或冷板与热管的连接或热管与翅片组的连接为铆接。铆接采用过盈配合与导热胶相结合的工艺进行连接，既保证各部件之间的传热性，又保证了各部件之间连接的工艺成本较低。

[0022] 进一步地，所述翅片为波纹翅片。采用波纹翅片可以增加翅片与周围空气的接触面积，有效提高传热效率。

[0023] 进一步地，包括多个蒸发单元，多个蒸发单元叠加排列并通过冷媒管并联连接。多个蒸发单元叠加排列并通过冷媒管并联连接以增加换热量，适用于大功率换热量的热管式节能型空调蒸发器。被冷却的空气从蒸发单元的正面吹入，穿过多个叠加排列的蒸发单元后，冷风从空调出风口送出，满足对空调大功率制冷量的需求。

[0024] 进一步地，所述冷板、翅片组和框架均采用铝质。铝具有耐压性好、传热率高、质轻价低的优点，可减轻蒸发器整体重量，还可有效降低成本。

[0025] 本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

[0026] （1）本发明通过使用热管作为蒸发器的传热部件，有效的控制了出风口温度和冷凝水的产生，通过同时调节温度和湿度，营造健康舒适的室内环境。

[0027] （2）本发明通过使用热管作为蒸发器的传热部件，防止设备过度制冷或产生过多冷凝水，减少加热加湿等辅助设备所产生的耗能，进而节能减排。

[0028] （3）本发明通过使用热管作为蒸发器的传热部件，能够实现蒸发器的结构符合各类空调产品的结构要求，进行合理的布局，使蒸发器结构紧凑，减小空调产品室内部分的体积。

[0029] （4）本发明中除铜质冷媒管外其他部件均采用铝质，大量采用铝质部件保障蒸发器具有良好的热交换性能，又减轻整体重量，还有效降低成本。

附图说明

[0030] 图1是本发明的正视图。

[0031] 图2是本发明的仰视图。

[0032] 图3是本发明部分安装换热模块的结构示意图。

[0033] 图4是图1中冷板的仰视图。

[0034] 图5是本发明换热模块的结构示意图。

[0035] 图6是本发明包含三个蒸发单元时的结构示意图。

[0036] 其中：1—冷媒管，2—冷板，3—热管，4—翅片组，5—框架，6—冷媒主液管，7—冷媒主气管。

具体实施方式

[0037] 下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

[0038] 实施例1：

[0039] 本实施例的一种热管式空调蒸发器，如图1、图2、图3所示，主要是通过下述技术方案实现：包括至少一个蒸发单元；所述蒸发单元包括冷媒管1、冷板2、换热模块和设置多个通孔的框架5，冷媒管1、冷板2、换热模块分别与外围框架5连接形成板式结构；所述换热模块包括多个热管3和多个翅片叠加的翅片组4，翅片组4套接多个热管3，多个热管3并排穿过框架5上对应的通孔与框架5连接；所述冷板2包括贯穿冷板2的通道和设置在表面的多个相互平行的直沟槽；所述冷媒管1为一端设置有毛细管的铜质或铝质的U形管；所述冷媒管1同时穿过通孔和通道，分别与框架5和冷板2连接；所述热管3嵌入直沟槽与冷板2连接；所述热管3采用沟槽式可控热管3或烧结式可控热管3。

[0040] 本发明中冷媒管1、冷板2、热管3、翅片组4依次紧密连接，热管3利用全封闭真空管内部灌装工质的连续相变来完成热量的持续转移。热管3与冷板2连接部份为热管3的冷凝段，有流动的空气经过并与铝翅片连接部份为热管3的蒸发段。制冷状态下，冷媒介质在冷媒管1内相变而吸收周围热量，促使冷媒管1、与冷媒管1紧密连接的冷板2、与冷板2紧密连接的热管3冷凝段降温，促使热管3两端产生温差。液态工质在蒸发段吸收热量，相变为气态，气态工质在管内微小压差作用下移动到冷凝段，遇冷壁面及外板提供的外部冷源凝结成液体并放出汽化潜热，液态工质再依靠重力或毛细力作用流回蒸发段再次蒸发，实现对外部热空气和冷媒介质热量的传递与交换。

[0041] 利用可控热管定温启动的特性，热管3两端存在温度差且内壁温度高于启动温度时热管3才正常传热，从而控制蒸发器换热界面温度和出风口温度有下限值，进而防止空调过度制冷所引起的额外能耗和对环境温度的破坏。

[0042] 实施例2：

[0043] 本实施例在上述实施例的基础上做进一步改进，进一步地，所述热管3包括两端密封的管壳和灌装在管壳内的工质；所述热管3内的工质为高纯水，真空度不小于0.002MPa；所述管壳为铜质。本发明中的热管3其工质为高纯水且真空度不小于0.002MPa时，热管3的启动温度高于18℃。蒸发器制冷运行时，热管3冷凝段和蒸发段产生温差且热管3内壁温度高于18℃的启动温度时，热管3进入等温工况，此时整个蒸发器的传热效率高且制冷过程稳定缓和；低于18℃时热管3换热仅通过管壳传热而不是通过工质传热，传热效率低，无法达到热管3正常的工作状态。

[0044] 使用该热管3的空调蒸发器在空调制冷运行时，蒸发器冷媒管1内冷媒的蒸发温度为5－10℃，与冷媒管1同时连接在冷板2上的热管3冷凝段温度为7－12℃，热管3蒸发段温度接近空气温度：若此时环境温度高于18℃，则同时满足热管3两端存在温差且内壁温度高于启动温度两个条件，热管3正常工作，考虑到热损等因素，空调出风口温度高于20℃；若此时环境温度低于18℃，则不满足热管3启动温度，热管3无法正常传热，空调出风口温度与环境温度接近，蒸发器几乎无制冷效果。从而保证使用此蒸发器的空调在制冷状态下，出风口温度维持在人体舒适的范围内。

[0045] 本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。本发明考虑到散热制冷效果、空调环境舒适度等多种因素，择优限定热管3启动温度在18℃左右，但直接或未经实质性改进而运用本技术手段控制热管3启动温度在其他温度范围内也落入本发明的保护范围。

[0046] 实施例3：

[0047] 本实施例在上述实施例的基础上做进一步改进，如图4所示，进一步地，所述直沟槽截面呈U形，对称设置在冷板2的两个对立面上；所述换热模块沿直沟槽呈平行的双排分布且分别与冷板2焊接。本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

[0048] 实施例4：

[0049] 本实施例在上述实施例的基础上做进一步改进，进一步地，所述冷媒管1与冷板2的连接或冷板2与热管3的连接或热管3与翅片组4的连接为回流焊连接。本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

[0050] 实施例5：

[0051] 本实施例在上述实施例的基础上做进一步改进，进一步地，所述冷媒管1与冷板2的连接或冷板2与热管3的连接或热管3与翅片组4的连接为铆接。本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

[0052] 实施例6：

[0053] 本实施例在上述实施例的基础上做进一步改进，进一步地，所述翅片为波纹翅片。本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

[0054] 实施例7：

[0055] 本实施例在上述实施例的基础上做进一步改进，进一步地，包括多个蒸发单元，多个蒸发单元叠加排列并通过冷媒管1并联连接。由多个蒸发单元叠加排列并通过冷媒管1并联连接，适用于大功率换热量热管3式节能型空调蒸发器。如图6所示，本发明包含三个横向叠加排列的蒸发单元，每个蒸发单元的冷媒管1的两端分别与冷媒主液管6和冷媒主气管7连接，实现三个蒸发单元的并联连接。风机的风从蒸发单元正面吹入，穿过叠加排列的蒸发单元，将携带冷空气的冷风从出风口吹出。本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

[0056] 实施例8：

[0057] 本实施例在上述实施例的基础上做进一步改进，进一步地，所述冷板2、翅片组4和框架5均采用铝质。本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

[0058] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。