CN103940154A - 一种复合结构湿膜表冷器 - Google Patents

Abstract

一种复合结构湿膜表冷器，包括平行间隔排列的多个翅片和贯通所述翅片的多个换热管；所述翅片的表面设置有湿膜层，所述湿膜层向外延伸出至少一条用于将水引入至所述湿膜层的吸水带。本发明结构简单，成本低，无动力，可靠性高，一方面可提高冷凝水或自来水用于空调表冷器的散热效率和能效比COP，降低空调机制冷时的排气压力，将普通风冷空调制冷时的COP由3.2提高至4.1，节能30%以上；另一方面可使空调表冷器在冬季制热时不结霜。

Description

一种复合结构湿膜表冷器

技术领域

本发明涉及空调技术领域，特别是涉及一种复合结构湿膜表冷器。

背景技术

现有空调机的冷却方式分为风冷和水冷两种。

风冷空调机是通过室外的散热盘管和风机，直接向空气散发制冷时产生的热量。通常将散热盘管称为表面式空气冷却器（简称表冷器），其结构为多组铜管阵列，铜管内流动有制冷剂，铜管外涨接密集的散热铝翅片。风冷空调机可以夏季制冷、冬季制热，实现一机两用。冬季制热时，表冷器吸收空气中的热量，多用于家用、小型或大型热泵机组。由于完全是通过风机带动空气，让空调机内的制冷剂在表冷器外表与空气换热，使得制冷效率一般仅有COP3.2左右。

水冷空调机则增加了冷却水系统，空调机冷媒先与冷却水换热，再通过冷却塔向空气散热。水冷空调机一般多为大型夏季单制冷空调机组（螺杆、离心机组）。水冷空调机组COP一般在5.0以上，但是水冷空调机的体积大，成本高，结构复杂。

现有的表冷器结构由肋管（空调机一般采用紫铜管）、联箱和护板组成，肋管内流动有冷（热）制冷剂，肋管外有翅片，通过肋管胀管与翅片紧密配合。其中肋管和翅片是主要换热部件。常见的翅片形式有绕片式、皱槽式、轧片式和套片式等。表冷器的传热面结构形式有板式（如螺旋板式、板壳式、波纹板式、板翅式等）和管式（如列管式、套管式、蛇形管式、翅片管式等），空调机常用的为翅片管式，可分为平翅片、波纹翅片、冲缝型翅片和百叶窗翅片，以保证进行空气热交换的扰动性，使其处于紊流状态下，较大地提高换热效率。

为使风冷空调机更节能，目前国内外主要通过回收冷凝水或自来水喷淋（雾）两种方式来提高风冷空调机的能耗比COP。通过回收空调制冷时室内机产生的冷凝水，采用不同方式将冷凝水（或自来水）在表冷器上（或附近）直接蒸发，利用水的蒸发吸收的潜热，额外增强空调表冷器的散热效果，降低空调制冷时压缩机的排气压力，从而降低空调的能耗。但目前空调的冷凝水一般都直接排走，没有进行循环利用。

现有技术中关于冷凝水的利用主要有以下几种方式：

（1）采用超声雾化器将冷凝水雾化后随风机吹洒在表冷器表面。但是超声雾化器极易损坏，造价高，难于实用化。

（2）采用微型离心式水泵将冷凝水加压雾化喷洒在表冷器表面。但是水泵高速运行，在冷凝水断断续续的情况下，水泵极易损坏，难于实用化。 

（3）采用将冷凝水收集后以自流方式在表冷器上流淌。但是冷凝水有效利用率低，在表冷器上随机流淌，滴水问题未克服。

（4）增加一个浸水式蒸发器。附加一个蒸发式冷凝器，但是这种方式使空调系统复杂化，故障率增加，损失空调整机的质量可靠性。 

（5）采用风机风叶甩出冷凝水。但是这种结构冷凝水有效利用率低，仅适用于窗式空调机，而现有的家用空调产品中，95%都是分体式空调机。

（6）将冷凝水集中，当中水使用。如冲洗浇灌等，但是这种方式不能起到节能效果。

（7）透膜加湿器。许多层水片层，它们由疏水性的聚四氟乙烯微孔膜包围，形成一层层膜袋。水片层之间垫有波纹板，形成空气通路，当空气流过水片层之间，由于透湿膜水一侧的水蒸汽压力大于空气侧的水蒸汽分压力，水蒸汽就在其压力差的作用下从水侧通过透湿膜的膜孔进入空气侧。如《暖通空调》2003年第2期第33卷发表的“房间空调器冷凝水的利用与节能”一文。但是这种方式会增加空调冷凝风机的风阻力，降低整机换热系数，结构复杂且成本高。

（8）空调器中增设一个小水槽，先使冷凝水汇流到水槽中，然后利用微泵抽送冷凝水到雾化器中，雾化器把雾化后的水气送进室内，完成对室内的加湿；雾化器要设置在送风道处，冷凝水流向的转换通过二通电磁阀完成。如《仪表技术与传感器》2005年第10期发表的“家用空调器无滴水可调湿技术研究”一文。但是这种方式需要一套庞杂的传感器保护系统，总体造价高，使家用空调的成本难以消化。

（9）采用加微型水泵和0.5mm×64孔铜管淋水结合的方案，效果最为明显，可提高能效比EER达8.38%，制冷量提高1.58%，空调功率降低达6.29%。如《制冷与空调》2006年第2期发表的“小型分体式空调冷凝水利用与节能实验探索与研究” 一文。但是这种方式无法可靠运行。

综上所述，现有冷凝水的利用方式虽然很多，但尚存在以下缺陷：或成本高，或可靠性差，或结构复杂，或有效利用率低。这也是上述方法公布十多年来，市售空调机均没有设置冷凝水利用装置的原因。

此外，直接向表冷器喷淋自来水的技术，如CN 201731590U公开的空调冷却喷淋系统。其体积增加较大，耗水量大，需要专门的水泵，成本高，结构复杂，目前也未大量推广。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的上述不足，提供一种节能，成本低，无动力，可靠性高，结构简单的复合结构湿膜表冷器，可提高冷凝水或自来水用于空调表冷器的散热效率和能效比，降低空调机制冷时的排气压力，并使空调表冷器在冬季制热时不结霜。

本发明解决技术问题采用的技术方案是：一种复合结构湿膜表冷器，包括平行间隔排列的多个翅片和贯通所述翅片的多个换热管；所述翅片的表面设置有湿膜层，所述湿膜层向外延伸出至少一条用于将水引入至所述湿膜层的吸水带。

进一步，还设有位于翅片外侧的蓄水槽，用于储存空调室内机产生的冷凝水、外部引入的自来水或雨水；为防止自来水中的水垢，在蓄水槽的入水口处可设置离子交换装置，处理自来水中的钙镁离子；还可在蓄水槽的入水口处设置雨水收集装置，获得钙镁离子极少的软水；另外，当冬季空调制热时，还可在蓄水槽中加入一定浓度、保证翅片不结霜的防冻液；所述蓄水槽的数量与吸水带的位置有关，例如，湿膜层向外延伸出两个吸水带，一个在顶部，一个在中下部，可设置两个蓄水槽，一个设于翅片外侧底部，一个设于两个吸水带之间，以使得吸水带快速将水均匀浸润至湿膜层。

进一步，所述翅片的表面开设有若干冲缝、冲孔或百叶窗。优选百叶窗。开设的冲缝、冲孔或百叶窗使得湿膜层内的水分不断蒸发，类似于在翅片表面设有无数个细微的冷却塔。

进一步，所述湿膜层设于相邻两个翅片之间，形成“三明治”结构；可替代的，所述湿膜层设于翅片的一侧。从而使得湿膜层与翅片紧密接触，让水分自然、均匀的浸润到每个翅片的整个表面，无需任何动力。

进一步，所述翅片表面的湿膜层呈整片分布，以使水分快速浸润到每个翅片的整个表面。湿膜层也可以是局部设置，当湿膜层是局部设置时，可以是呈条状分布或网状分布。

进一步，表冷器中所有翅片或部分翅片的表面设置有湿膜层，以保证水分能浸润到所有翅片的整个表面。

进一步，所述吸水带设置于湿膜层的侧面、底部或顶部，以保证水不会从湿膜层滴出而又能布满湿膜层。

进一步，所述翅片由金属材料铝、铜或不锈钢制成。

进一步，所述湿膜层和吸水带由吸水纤维材料制成，或者由与翅片相融合的同材质金属材料制成，或者由内层为吸水纤维材料、外层为与翅片相融合的同材质金属材料混合制成。优选吸水纤维材料，以保证湿膜层内的水分快速、均匀扩散至翅片表面。其中吸水纤维可以是纤维纸、玻璃纤维等，具有很强的亲水性，耐酸碱腐蚀、耐紫外线，不老化，在纤维毛细作用下，吸水带可将蓄水槽内的水自然浸润至湿膜层。

本发明的工作原理为：基于自然界植物体内水分运动的仿生原理，在普通表冷器单纯的干式空气散热基础上，通过本发明，巧妙地将湿膜层与翅片融合在一起，增加水在表冷器上直接蒸发环节，使空调机散热不仅利用了空气流动时的显热传递，还充分利用水蒸发相变（液体-气体）的潜热释放。本发明具体利用纤维毛细作用力和湿膜层内水分在表冷器加热后不断蒸发产生的蒸腾力，类似于植物内水分的运动原理，让水自然、均匀、快速的浸润至每个翅片的整个表面，不需任何动力；同时在翅片表面开设有若干冲缝、冲孔或百叶窗，能让湿膜层内水分不断蒸发，类似于在翅片表面有无数个细微的冷却塔，从而达到与采用冷却塔+水冷空调机相同的散热效果和能效比。

本发明与现有技术相比具有的有益效果：

（1）结构简单，可靠性高，耐用性好，水散发至翅片不依靠任何动力，不会受灰尘影响散发效果，便于维护和清洗；

（2）将表冷器空气对流散热与水蒸发散热结合成一体，降低空调机制冷时的排气压力，提高制冷时的能耗比，达到节能目的；

（3）翅片表面开设的冲缝、冲孔或百叶窗类似于在翅片表面设有无数个细微的冷却塔，在减小体积和降低成本的基础上，达到与采用冷却塔+水冷空调机相同的散热效果和能效比，将普通风冷空调制冷时的COP由3.2提高至4.1，节能30%以上；

（4）冬季制热时，在蓄水槽中加入一定浓度的防冻液，可避免表冷器结霜，从而克服现有风冷热泵空调机因冬季表冷器结霜、化霜、效率低下和效果差的难题（尤其是南方长江流域）；

（5）具有一定独立性，即使在无水的条件下，表冷器仍可不依赖湿膜层，仅利用空气流动时的显热传递独立正常运行。

附图说明

图1为本发明实施例的立体结构示意图；

图2为图1所示实施例的平面结构示意图；

图3为图1所示实施例翅片的放大结构示意图；

图4为图1所示实施例湿膜层的放大结构示意图；

图5为本发明实施例蓄水槽的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

参照图1和图2，本实施例提供的复合结构湿膜表冷器，包括平行间隔排列的多个翅片1和贯通翅片1的多个换热管2，换热管2内含有流动的制冷剂；相邻两个翅片1之间压制有湿膜层3，形成“三明治”结构；湿膜层3的外形尺寸与翅片1基本一致，使得翅片1被湿膜层3完全覆盖、紧密接触，保证水分自然、均匀、快速的浸润至每个翅片1的整个表面，无需任何动力。湿膜层3的中下侧向外延伸出一条用于将水引入至湿膜层3的吸水带4，保证空调在不开机的情况下，水不会从湿膜层3滴出而又能布满湿膜层3。其中，翅片1由金属材料铝制成，金属材料铝的表面可进行防腐和亲水膜处理，可耐腐蚀；湿膜层3和吸水带4均由复合玻璃纤维制成。

参照图3，翅片1的表面开设有若干百叶窗11，百叶窗11呈多列平行间隔排布，百叶窗11两两之间设有可穿过换热管2的第一穿孔21。百叶窗11的开设使得湿膜层3内的水分不断蒸发，类似于在翅片1表面设有无数个细微的冷却塔。

参照图4，湿膜层3上设有与第一穿孔21相对应、可穿过换热管2的第二穿孔22。

参照图5，复合结构湿膜表冷器还包括设于翅片1外侧中下部的蓄水槽5，用于汇集空调室内机产生的冷凝水。冷凝水的特点为：不含钙、镁矿物质，不会在翅片表面结水垢，若用量增加可以补充离子树脂交换纯净水。

在应用于大型空调机组时，可以根据水的消耗量，当回收冷凝水不足时，可向蓄水槽5补充自来水。为防止自来水中的水垢，还可在蓄水槽5的入水口51处设置离子交换装置，处理自来水中的钙镁离子。

另外，为了节约用水，还可利用雨水，通过在蓄水槽5的入水口51处设置雨水收集装置，以获得钙镁离子极少的软水，引入至蓄水槽5。

本实施例的工作原理为： 

（一）用于空调机组时，以夏季制冷为例：

将所有冷凝水汇集至蓄水槽5，吸水带4在纤维毛细的作用下将蓄水槽5内的冷凝水自然浸润至翅片1上的湿膜层3，湿膜层3的水分再均匀扩散至翅片1表面。由于换热管2内含有高温的制冷剂，通过加热吸附在翅片1表面的水分进行水蒸发，吸收大量空调的冷凝热，显著提高普通风冷空调机组的能效比，并达到与采用冷却塔+水冷空调机相同的散热效果和能效比，从而将普通风冷空调制冷时的COP由3.2提高至4.1，节能30%以上。

（二）用于空调机组时，以冬季制热为例：

在蓄水槽5中加入一定浓度的防冻液，依次通过吸水带4和湿膜层3将防冻液浸润至翅片1表面，可以保证翅片1不结霜；同时空气中的冷凝水大部分会沿着翅片1，在重力作用下自然下流，不会对湿膜层3内防冻液的浓度产生太大影响，从而减少整个系统所需要的防冻液量。

其中，防冻液可以是甘油、CaCl₂     、尿素等，且对翅片1无腐蚀。

总之，本实施例节能，成本低，无动力，可靠性高，结构简单，一方面可提高散热效率和能效比，降低空调机制冷时的排气压力，另一方面可保证空调表冷器在冬季制热时不结霜。

本实施例不仅可用于家用空调机，小型商用空调机组，还可用于大型中央空调机组。

当用于家用空调时，可以完全将夏季的室内冷凝水通过复合结构湿膜表冷器蒸发，是一种无冷凝水的高效空调；

当用于大型中央空调时，比现有冷水机组系统简单，比现有风冷热泵机组能效比高；相对于热源塔或能源塔的空调系统，冬季对防冻溶液需求少，使得系统更加简单。

实施例2

与实施例1的区别在于，湿膜层3呈条状均匀分布在每个翅片1的一侧，且所有翅片1的湿膜层3可以布置成同一侧，也可以布置成不同侧。

实施例3

与实施例1的区别在于，一部分翅片1中，相邻两个翅片1之间压制有湿膜层3，形成“三明治”结构；另一部分翅片1中，每个翅片1的一侧压制有湿膜层3。

实施例4

与实施例1的区别在于，一部分翅片1中，湿膜层3的外形尺寸与每个翅片1尺寸基本一致，使得翅片1被湿膜层3完全覆盖；另一部分翅片1中，湿膜层3呈条状均匀分布在翅片1上。

实施例5

与实施例1的区别在于，翅片1的表面开设有若干冲缝，冲缝呈多列平行间隔排布。

实施例6

与实施例1的区别在于，翅片1、湿膜层3和吸水带4均由金属材料铝制成。

实施例7

与实施例1的区别在于，翅片1、湿膜层3均由金属材料铜制成，吸水带4由复合玻璃纤维材料制成。

实施例8

与实施例1的区别在于，翅片1由金属材料不锈钢制成，湿膜层3和吸水带4的内层均为复合玻璃纤维材料，外层均镀有金属材料不锈钢。

实施例9

与实施例1的区别在于，湿膜层1向外延伸出两个吸水带4，一个在顶部，一个在中下部，并设置两个蓄水槽5，一个蓄水槽5设于翅片1外侧底部，一个设于两个吸水带4之间。

由于上述实施例2~实施例9中复合结构湿膜表冷器的结构通过文字说明是普通人均可以理解的，所以再未用另外的附图来表示。

以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动、变型而不脱离本发明的精神和范围。倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种复合结构湿膜表冷器，包括平行间隔排列的多个翅片和贯通所述翅片的多个换热管，其特征在于，所述翅片的表面设置有湿膜层，所述湿膜层向外延伸出至少一条用于将水引入至所述湿膜层的吸水带。

2.根据权利要求1所述的复合结构湿膜表冷器，其特征在于，还设有位于翅片外侧的蓄水槽。

3.根据权利要求1或2所述的复合结构湿膜表冷器，其特征在于，所述翅片的表面开设有若干冲缝、冲孔或百叶窗。

4.根据权利要求1~3之一所述的复合结构湿膜表冷器，其特征在于，所述湿膜层设于相邻两个翅片之间，形成“三明治”结构。

5.根据权利要求1~3之一所述的复合结构湿膜表冷器，其特征在于，所述湿膜层设于翅片的一侧。

6.根据权利要求1~5之一所述的复合结构湿膜表冷器，其特征在于，所述翅片表面的湿膜层呈整片分布、条状分布或网状分布。

7.根据权利要求1~6之一所述的复合结构湿膜表冷器，其特征在于，表冷器中所有翅片或部分翅片的表面设置有湿膜层。

8. 根据权利要求1~7之一所述的复合结构湿膜表冷器，其特征在于，所述吸水带设置于湿膜层的侧面、底部或顶部。

9.根据权利要求1~8之一所述的复合结构湿膜表冷器，其特征在于，所述翅片由金属材料铝、铜或不锈钢制成。

10.根据权利要求1~9之一所述的复合结构湿膜表冷器，其特征在于，所述湿膜层和吸水带由吸水纤维材料制成，或者由与翅片相融合的同材质金属材料制成，或者由内层为吸水纤维材料、外层为与翅片相融合的同材质金属材料混合制成。