制冷剂加热设备及其制造方法

申请号 CN200980112888.5 申请日 2009-05-04 公开(公告)号 CN101999062A 公开(公告)日 2011-03-30
申请人 LG电子株式会社; 发明人 李相宪; 徐范珠;
摘要 本 发明 涉及一种制冷剂加热设备。该制冷剂加热设备包括制冷剂在其中流动的制冷剂管以及设置在制冷剂管的外表面上的加热单元,其中,所述加热单元包括:多个 电极 ,所述电极设置在制冷剂管的外表面上并相互间隔开;以及多个 碳 纳米管 加热元件,所述 碳纳米管 加热元件电连接到多个电极,由供给的电 力 加热,并被相互间隔开地设置。
权利要求

1.一种制冷剂加热设备,包括:
制冷剂在其中流动的制冷剂管;以及
设置在所述制冷剂管的外表面上的加热单元,
其中,所述加热单元包括:
多个电极,所述电极设置在所述制冷剂管的外表面上并相互间隔开;以及多个纳米管加热元件,所述碳纳米管加热元件电连接到所述多个电极,由供给的电加热并被相互间隔开地设置。
2.根据权利要求1所述的制冷剂加热设备,其中,所述制冷剂管的外表面涂覆有绝缘片,并且所述多个电极设置在所述绝缘片上。
3.根据权利要求2所述的制冷剂加热设备,其中所述多个碳纳米管加热元件涂覆有抗化层。
4.根据权利要求1所述的制冷剂设备,其中,所述多个电极沿与所述制冷剂管的中心线平行的方向延伸,并被设置成沿着所述制冷剂管的圆周方向相互间隔开。
5.根据权利要求4所述的制冷剂设备,其中,所述多个碳纳米管加热元件被设置成沿着与所述制冷剂管的中心线平行的方向相互隔开预定间隔。
6.根据权利要求5所述的制冷剂设备,其中,当各个碳纳米管加热元件沿所述制冷剂管的圆周方向包围所述制冷剂管时,基于所述制冷剂管的中心,由所述碳纳米管加热元件形成的度为355°或更小。
7.根据权利要求1所述的制冷剂加热设备,其中,所述多个电极沿所述制冷剂管的圆周方向延伸,并且被设置成平行于所述制冷剂管的中心线相互间隔开。
8.根据权利要求7所述的制冷剂加热设备,其中所述多个碳纳米管加热元件被设置成沿着所述制冷剂管的圆周方向相互隔开预定间隔。
9.根据权利要求1所述的制冷剂加热设备,其中所述加热单元与所述制冷剂管的两端隔开50mm或更大的距离。
10.根据权利要求1所述的制冷剂加热设备,其中各个碳纳米管加热元件的宽度(w)等于或小于所述碳纳米管加热元件之间的间隔。
11.根据权利要求1所述的制冷剂加热设备,还包括将用于供给电力的多根电线电连接到所述多个电极的多个连接构件。
12.根据权利要求1所述的制冷剂加热设备,其中,所述多个CNT加热元件的面积之和按照由设置在所述多个CNT加热元件的两端的两个CNT加热元件之间的距离与所述CNT加热元件的高度的乘积计算出的面积的60%或更小来形成。
13.根据权利要求1所述的制冷剂加热设备,其中,所述多个制冷剂管被相互间隔开地设置,并且所述多个制冷剂管通过所述连接部相互连接。
14.一种制造制冷剂加热设备的方法,包括:
将多个电极固定到制冷剂管;
将多个碳纳米管加热元件固定到所述制冷剂管的外表面,并将所述碳纳米管加热元件连接到所述多个电极;以及
将电力连接部连接到所述电极。
15.根据权利要求14所述的制造制冷剂加热设备的方法,其中,所述制冷剂管的外表面涂覆有绝缘片,并且所述多个电极被涂覆在所述绝缘片的上表面上。
16.根据权利要求15所述的制造制冷剂加热设备的方法,还包括在所述多个碳纳米管加热元件的上表面上形成抗氧化层。
17.根据权利要求14所述的制造制冷剂加热设备的方法,其中所述多个碳纳米管加热元件被相互间隔开地设置。
18.一种制造制冷剂加热设备的方法,包括:
形成包括多个电极和与所述多个电极相连接的多个碳纳米管加热元件的加热单元;
将所述加热单元固定到制冷剂在其中流动的制冷剂管;以及
将电力连接部连接到所述电极。
19.根据权利要求18所述的制造制冷剂加热设备的方法,其中,在所述电极的下侧设置绝缘片,在所述多个碳纳米管加热元件的上侧设置抗氧化层,所述绝缘片被固定到所述制冷剂管的外表面。
20.根据权利要求19所述的制造制冷剂加热设备的方法,其中,所述多个碳纳米管加热元件被相互间隔开地设置。

说明书全文

制冷剂加热设备及其制造方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种制冷剂加热设备及其制造方法。

背景技术

[0002] 制冷剂加热设备是对在该设备中流动的制冷剂进行加热的装置。制冷剂加热设备可应用于所有使用制冷剂的产品。作为一个实例,该制冷剂加热设备可应用于空调

发明内容

[0003] 技术问题
[0004] 本发明的目的在于提供一种将纳米管加热元件用作加热制冷剂的加热源的制冷剂加热设备以及制造该制冷剂加热设备的方法。
[0005] 技术方案
[0006] 一方面,制冷剂加热设备包括制冷剂在其中流动的制冷剂管以及设置在制冷剂管的外表面上的加热单元,其中,所述加热单元包括:多个电极,所述电极设置在制冷剂管的外表面上并相互间隔开;以及多个碳纳米管加热元件,所述碳纳米管加热元件被电连接到多个电极,由所供给的电加热并且相互间隔开地设置。
[0007] 另一方面,制造制冷剂加热设备的方法包括:将多个电极固定到制冷剂管;将多个碳纳米管加热元件固定到制冷剂管的外表面并将碳纳米管加热元件连接到多个电极;以及将电力连接部连接到电极。
[0008] 又一方面,制造制冷剂加热设备的方法包括:形成多个电极以及包括与多个电极连接的多个碳纳米管加热元件的加热单元;将加热单元固定到制冷剂在其中流动的制冷剂管;以及将电力连接部连接到电极。
[0009] 有益效果
[0010] 利用所提出的实施例,由于CNT加热元件被用作加热制冷剂的加热源,所以可减小加热单元的尺寸和制造成本,由此可减小空调的尺寸。
[0011] 而且,碳纳米管被涂覆在受热体上,因而可在呈各种形状的受热体上形成CNT加热元件。
[0012] 此外,由于多个CNT加热元件相互隔开地设置,因此,即使任意一个CNT加热元件被损坏时,也可对制冷剂进行持续地加热。附图说明
[0013] 图1是示出根据第一实施例的制冷剂加热设备的示意图;
[0014] 图2是根据第一实施例的一个制冷剂管的展开示意图;
[0015] 图3是示出根据第一实施例的加热单元的结构的剖视图;
[0016] 图4是示意性示出根据第一实施例的制冷剂管的侧视图的示意图;
[0017] 图5是示出根据第二实施例的制冷剂管的立体图;以及
[0018] 图6是根据第三实施例的制冷剂管的示意图。

具体实施方式

[0019] 在下文中,将参考附图详细地描述本实施例。
[0020] 图1是示出根据本发明的一个实施例的制冷剂加热设备的示意图。
[0021] 参考图1,根据该实施例的制冷剂加热设备100包括制冷剂在其中流动的多个制冷剂管110、111、112和113以及连接相邻的制冷剂管的连接管130。
[0022] 详细地,作为示例,多个制冷剂管110、111、112以及113的截面可形成为圆形形状,但不局限于此。
[0023] 多个制冷剂管110、111、112和113可包括例如第一制冷剂管到第四制冷剂管。在该实施例中,不限制制冷剂管的数量。然而,作为示例,图1示作包括四个制冷剂管。
[0024] 制冷剂可被输入第一制冷剂管110的一端中。制冷剂可从第四制冷剂管113的一端排出。
[0025] 连接管130是弯曲的并形成为大致呈“U”形。两个相邻的制冷剂管可通过例如焊接而被结合到连接管130。
[0026] 各个制冷剂管110、111、112和113的外侧设有加热单元120,所述加热单元120对在各个制冷剂管中流动的制冷剂进行加热。
[0027] 图2是根据第一实施例的一个制冷剂管的展开示意图,图3是示出根据第一实施例的加热单元的结构的剖视图,图4是示意性示出根据第一实施例的一个制冷剂管的侧视图的示意图。
[0028] 参考图2至图5,这些加热单元120被固定到各个制冷剂管110、111、112以及113的外表面。被固定到各个制冷剂管的加热单元具有相同的结构,因此,多个制冷剂管共同地表示为附图标记“110”。
[0029] 加热单元120包括绝缘片121、多个电极122和123、多个碳纳米管加热元件124(在下文中,称作CNT加热元件)以及抗化层125,其中绝缘片121被固定到制冷剂管
110的外表面,这些电极122和123被固定到绝缘片121的上表面,所述碳纳米管加热元件
124被固定到一对电极122和123;这些抗氧化层125被固定到多个CNT加热元件124的上表面。
[0030] 详细地,绝缘片121起到将CNT加热元件124容易地固定到制冷剂管110的作用。
[0031] 该对电极122和123在相互间隔开的状态下并排地设置。该对电极122和123是将电力供给到多个CNT加热元件124的部分,并且其中的任意一个电极相当于阳极,而另一电极相当于阴极。各个电极122和123连接到电线。
[0032] 在本实施例中,该对电极122和123沿制冷剂管110的长度方向(与制冷剂管的中心平行的方向)非常长地延伸。因此,该对电极122和123沿制冷剂管110的圆周方向间隔开。
[0033] 多个CNT加热元件124可形成为矩形形状,但CNT加热元件的形状不限于此。各个CNT加热元件124的一端与一个电极122的上表面接触,而另一端与另一电极123的上表面接触。
[0034] 多个CNT加热元件124被设置成沿制冷剂管100的长度方向隔开预定间隔d2。
[0035] 制冷剂管110、111、112以及113可为管、管或管。
[0036] CNT加热元件124表示由碳纳米管制成的加热元件。碳纳米管指的是这样一种材料:由6个碳形成的六形相互连接以形成管状。
[0037] 详细地,碳纳米管的重量很轻,并且碳纳米管具有优异的电阻性。进一步,碳纳米管的导热率为1600到6000W/mK,这与铜的导热率400W/mK相比是优异的。另外,碳纳米管-4 -5的电阻为10 至10 ohm/cm,这与铜的电阻相似。
[0038] 本实施例利用了被用作加热制冷剂的加热源的碳纳米管的特性。
[0039] 在碳纳米管被固定(例如,涂覆)在绝缘片121上之后,电流被应用到该对电极122和123,以加热碳纳米管。在本实施例中,碳纳米管被涂覆在绝缘片121上的状态可称为CNT加热元件124。
[0040] 当CNT加热元件124被作为制冷剂的加热源应用时,CNT加热元件124可为半永久性使用的并且可容易执行其形状处理,使得CNT加热元件124可被应用到制冷剂管。另外,当CNT加热元件124作为制冷剂的加热源应用时,可减小加热单元的体积,并可提前加热制冷剂。
[0041] 换言之,当CNT加热元件使用正温度系数(PTC)元件、护套加热器等作为加热源时,可大幅减小加热单元的体积,并可减小产生多达1kw功率所用的成本。
[0042] 而且,由于多个CNT加热元件124围绕制冷剂管110设置,因此,即使当任意一个CNT加热元件受到损坏时,仍可对制冷剂管进行持续地加热。
[0043] 同时,CNT加热元件124的宽度w形成为等于或大于相邻的CNT加热元件124之间的间隔d2。在本实施例中,当CNT加热元件的长和宽的长度彼此不相等时,可将短边的长度限定为宽度;当CNT加热元件的长和宽的长度彼此相等时,可将任一边的长度限定为宽度。
[0044] 详细地,由于CNT加热元件124具有大电阻,因此,虽然接触面积(CNT加热元件与制冷剂管的接触面积)狭小,但热值变得非常大。
[0045] 在制冷剂管110的加热单元的热容量保持恒定(例如,每一个制冷剂管4kw)的状态下,由于与CNT加热元件124之间的间隔大的情况相比,在CNT加热元件124之间的间隔很窄的情况下仅在制冷剂管110的一部分区域中加热(可称作局部加热)制冷剂,所以会发生制冷剂沸腾的问题。
[0046] 因此,为了防止因局部加热引起的制冷剂的沸腾,在本实施例中,CNT加热元件124的宽度w形成为等于或小于相邻的CNT加热元件之间的间隔d2。图2示出了例如CNT加热元件之间的间隔d2大于CNT加热元件124的宽度w的情况。
[0047] 另外,制冷剂是否沸腾涉及到CNT加热元件124与制冷剂管110两者之间的接触面积。当旨在形成相同容量的加热单元120时,如果CNT加热元件124与制冷剂管110的接触面积增大,则CNT加热元件124的厚度减小。另一方面,当CNT加热元件124的厚度增大时,CNT加热元件124和制冷剂管110的接触面积减小。
[0048] 在对比上述两种情况时,当CNT加热元件的厚度大并且CNT加热元件与制冷剂管的接触面积会减小时,CNT加热元件的表面温度高并且热集中(heat concerntration)现象显著,使得可能发生制冷剂沸腾的现象并可能发生制冷剂管弯曲的现象。
[0049] 因此,优选的是使CNT加热元件124与制冷剂管110的接触面积增大。换言之,沿制冷剂管110的圆周(圆周方向)包围的CNT加热元件124的长度与制冷剂管的圆周相类似地形成。然而,当从图4中观察时,由于该对电极122和123之间的间隔距离是固定的,所以由连接制冷剂管110的中心和CNT加热元件124的一端的线与连接制冷剂管110的中心和CNT加热元件的另一端的线形成的角度具有小于355°的值。
[0050] 多个CNT加热元件的面积之和,基于多个CNT加热元件的间隔距离和沿制冷剂管的圆周方向形成的CNT加热元件的角度的特性,按照由设置在多个CNT加热元件的两端的两个CNT加热元件之间的距离与CNT加热元件的高度(从图2观察时的上下长度)的乘积计算出的面积的60%或更小来形成。
[0051] 另外,制冷剂是否沸腾涉及到在制冷剂管110内部流动的制冷剂的量。详细地,当相同容量的热被应用于制冷剂管时,制冷剂管的直径小的情况比制冷剂管的直径大的情况更有可能发生沸腾。换言之,制冷剂的量少的情况比制冷剂的量多的情况更有可能发生沸腾。
[0052] 因此,在本实施例中,制冷剂管的直径D1形成为大于15.88mm(或5/8英寸)。作为一个实例,制冷剂管的直径D1可形成为25.44mm(或1英寸)。
[0053] 另外,制冷剂是否沸腾涉及到制冷剂管的厚度。制冷剂管的厚度薄的情况比制冷剂管的厚度厚的情况更有可能发生沸腾,因为热被传递到制冷剂管内的制冷剂的时间短但是量大。
[0054] 因此,在本实施例中,制冷剂管110的厚度可形成为2mm或更大。
[0055] 同时,如上所述,两个相邻的制冷剂管可通过连接部130而相互连接,并且各个制冷剂管与连接部130通过焊接相互结合。然而,当在加热单元120被固定到制冷剂管110的状态下将制冷剂管110焊接到连接部130时,焊接热可能损坏加热单元(尤其是电极)。因此,为了防止在焊接过程中损坏加热单元,加热单元120可设置成与制冷剂管的每端隔开预定间隔d1。预定间隔d1可为50mm或更大。
[0056] 尽管本实施例以示例的方式描述了两个制冷剂管通过连接部连接,但各个制冷剂管的一端可连接到第一集管(header)而各个制冷剂管的另一端可连接到第二集管。在这种情况中,加热单元被设置成与制冷剂管的每端隔开50mm或更大距离。
[0057] 多个制冷剂管通过集管相互连通的结构与已知的结构相同,因此,将省略对此的详细描述。
[0058] 在下文中,将对制造制冷剂加热设备的方法进行描述。
[0059] 首先,制备多个制冷剂管。随后,为制冷剂管配备加热单元120。详细地,绕着制冷剂管涂覆绝缘片121。随后,将一对电极122和123固定到绝缘片121的上表面。该对电极122和123相互将隔开地设置的问题已作阐述。之后,将多个CNT加热元件124隔开预定的间距设置在电极的上表面上。接着,将抗氧化层125涂覆在多个CNT加热元件124的上表面上。最后,将电力连接部(电线)固定到该对电极(S5)。当通过焊接使连接部与多个制冷剂管相互连接时,制冷剂加热设备最终完成。
[0060] 与此不同地,加热单元由单独的部件(article)制成,并且加热单元可随后被固定到制冷剂管。
[0061] 详细地,首先制备各个制冷剂管110和加热单元120。加热单元这样一种构件:已经描述的绝缘片、一对电极、多个CNT加热元件以及抗氧化层依次形成。
[0062] 随后,将加热单元120固定到制冷剂管110。之后,通过焊接使连接部与多个制冷剂管相互连接,由此制冷剂加热设备完成。最后,将电力连接部(电线)固定到该对电极。利用本实施例,由于由单独的部件制成的加热单元被固定到制冷剂管,所以可缩短制冷剂加热设备的组装时间并且可简化组装过程。
[0063] 图5是示出根据第二实施例的制冷剂管的立体图。
[0064] 本实施例的构造与第一实施例的构造相同,但电力连接部与电极的连接结构不同。因此,将仅阐述该实施例的特征部分。
[0065] 参考图5,本实施例的制冷剂管110设有如上所述的加热单元。加热单元包括一对电极122和123,并且该对电极122和123中的任意一个电极122(第一电极)形成为长度小于另一电极123(第二电极)的长度(制冷剂管的长度方向)。
[0066] 换言之,从制冷剂管110的端部到第一电极的距离大于到第二电极123的距离。
[0067] 该对电极122和123与各个电力连接部(电线)可通过连接构件140和142电连接。连接构件140和142可由传导材料形成。
[0068] 连接构件140和142包括第一连接构件140和第二连接构件142,所述第一连接构件140将第二电极122连接到电力连接部,所述第二连接构件142将第一电极123连接到电力连接部。各个连接构件140和142包围整个制冷剂管。
[0069] 在第一连接构件140包围制冷剂管的状态下,第一连接构件140仅接触第二电极123。由于从制冷剂管110的端部到第一电极的距离大于到第二电极123的距离,所以第二连接构件142包围制冷剂管以便接触第一电极,以使得第二连接构件142可以接触第二电极123。因此,在本实施例中,为了防止第二连接构件142与第二电极123接触,第二连接构件142设有间隔形成部143。
[0070] 利用本实施例,由于各个连接构件140和142包围电极122和123的上表面并且电力连接部与连接构件140和142相连接,所以可防止因焊接结合制冷剂管110与连接部130的过程中产生的热引起的电极损坏。换言之,连接构件起到保护电极免受热的作用。
[0071] 图6是根据第三实施例的一制冷剂管的展开示意图。
[0072] 本实施例的构造与第一实施例的构造相同,但构成加热单元的元件的设置情况不同。
[0073] 参考图6,根据本实施例的制冷剂加热设备200包括制冷剂管210和加热单元220。
[0074] 加热单元220包括绝缘片211、一对电极222以及多个CNT加热元件224,其中绝缘片211固定到制冷剂管210的上表面,该对电极222固定到绝缘片211的上表面并沿制冷剂管200的圆周设置,CNT加热元件224的一端连接到一个电极而其另一端连接到另一电极。
[0075] 该对电极222相互间隔开地设置。多个CNT加热元件224相互间隔开地设置,并沿制冷剂管210的长度方向延伸。
[0076] 这种制冷剂加热设备可被应用于在例如室外温度较低或极低的场所中使用的空调。换言之,为了将所需温度的制冷剂传递到压缩机,可将制冷剂加热设备设置在使从冷凝器排出的制冷剂旁通到压缩机的管路上。可替代地,可将制冷剂加热设备设置在连接蒸发器与压缩机两者的管路上。
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