CN105547016A - 一种套管换热器结冰防冻装置及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种套管换热器结冰防冻装置及其制造方法，属于热泵领域。一种套管换热器结冰防冻装置，包括同心的内管和外套管组成的套管式换热器，内管内等间距设置有若干个充气弹性球。充气弹性球为丁基橡胶球。所述的充气弹性球内部所充气体为氮气。更进一步的，充气弹性球与内管粘连固定。所述的充气弹性球直径为内管直径的一半。更进一步的，所述的充气弹性球的总体积为内管内体积的0.4倍。它可以实现不易结冰、防冻的效果，结构简单，成本低。

Description

一种套管换热器结冰防冻装置及其制造方法

技术领域

本发明涉及热泵领域，更具体地说，涉及一种套管换热器结冰防冻装置及其制造方法。

背景技术

对于热泵行业在冬季都会有不少机组在冬季机组会有冻坏现象发生。造成机组冻坏的可能性有两个：一是因为冬季室外环境温度非常低，温度低于水的结冰点，当机组使用完停机、因故障停机或因断电停机，由于此时水系统内的水不能循环，而水又没有按厂家要求排放掉，较长时间之后，就出现水系统的水结冰的可能，一旦结冰，热泵热水机组的水加热换热器就容易被冻坏，导致整个机组损坏，损失非常严重；另外一个原因是，当进入冬季，环境空气温度很低，通常在7℃以下，空气源热泵机组运行时，如果空气的湿度较高，空气换热器的翅片可能会结霜，针对此，通常设备厂家会通过对系统反向控制来除霜，反向运行时，系统会从水中吸收热量，导致水温降低，如果水加热换热器内部出现结垢或局部堵塞，部分通道内的水不能循环流动，特别是水温较低时，随着水温的逐渐下降，也有可能出现结冰，这也会冻裂换热器，使整个机组损坏，损失非常严重。

中国专利申请，申请号201510314711.0，公开日2015年6月10日，公开了套管式换热器，本发明公开一种套管式换热器。具体说，是采用液体冷媒来对工作液进行冷却的套管式换热器。它包括内管，其特点是还包括外管，内管的外径小于外管的内径，内管的外圆与外管的内圆间连有贯通内外管全长的螺旋状导流板条。内管和外管的同一端间有连接座，连接座上均有冷却液进出口和冲洗液进出口，所述冷却液进出口与内管与外管间的间距相通，冲洗液进出口与内管内腔相通。这种套管式换热器，换热面积大，换热效率高。但此换热套管，对防冻上并未有太好的改善，结构复杂，成本高。

发明内容

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在的换热器容易结冰，结构复杂，成本高的问题，本发明提供了一种套管换热器结冰防冻装置及其制造方法，它可以实现不易结冰、防冻的效果，结构简单，成本低。

2.技术方案

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种套管换热器结冰防冻装置，包括同心的内管和外套管组成的套管式换热器，内管内等间距设置有若干个充气弹性球。

更进一步的，所述的充气弹性球为丁基橡胶球。可以保证球的稳定性，在各种环境下不会损坏，气密性和水密性好。

更进一步的，所述的充气弹性球内部所充气体为氮气。气体稳定，不会因为温度的骤然升高和降低导致球体的体积不受控制而热胀冷缩的变化。

更进一步的，充气弹性球与内管粘连固定。连接稳定，可操作性好。

更进一步的，所述的充气弹性球直径为内管直径的一半。保证了弹性球不会过多干扰管内水的流动，运行无障碍。

更进一步的，所述的充气弹性球的总体积为内管内体积的0.4倍。

一种套管换热器结冰防冻装置制造方法，步骤如下：

一、根据所需要套管换热器的型号确定所需要内管的长度；

二、根据内管(1)的长度和所需要设置的充气弹性球的数量，计算出充气弹性球在内管中的间隔距离s。

三、准备长度大于内管长度的一根导向轴，导向轴为直线形硬条；

四、充气弹性球上连接有圆形套环，在导向轴的一侧，制作出若干个半圆形凹槽，凹槽半径与套环环丝半径相同，每个凹槽的间隔距离为s；

五、水平放置导向轴，将所需要设置的充气弹性球沿导向轴将每一个充气弹性球上的套环卡入凹槽中；

六、将充气弹性球背离导向轴的一端涂敷胶水；

七、步骤六设置有充气弹性球的导向轴沿内管内侧顶部伸入内管中，当完全伸入后，将导向轴下降，直到充气弹性球底部与内管内侧接触，停止下降，保持此位置，待胶水凝固后，此时充气弹性球已经与内管内侧粘接，将导向轴继续下降，套环与凹槽分离，抽出导向轴，完成充气弹性球在内管的设置；

八、将内管按照现有的制造流程将套管安装，弯折，完成整体套管换热器的制造。

更进一步的，导向轴为钢条或者PVC条。

更进一步的，凹槽一端设置卡扣，卡扣与凹槽端通过弹簧连接。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

(1)该套管换热器结冰防冻装置防止套管换热器因管内结冰，造成水体积膨大使套管换热器冻裂，使整个机组损坏，在热泵主机断电情况依然具有结冰防冻功能，为热泵主机起到最后一道防冻功能；

(2)使用了丁基橡胶球在水体结冰时会体积收缩避免水体结冰体积增大造成套管换热器冻裂，结构简单，通过简单的弹性球的设置，使得水管不会发生形变而破损；

(3)橡胶球材质为丁基橡胶，丁基橡胶是合成橡胶的一种由异丁烯和少量异戊二烯合成，具有良好的化学稳定性和热稳定性，气密性和水密性好，适应换热器的水和热环境；

(4)通过导向轴，可以准确的将充气弹性球安装在内管的相应位置，精确简单；

(5)通过卡扣将套环稳定的安装在凹槽中，在进行安装时，不发生移动，安装精确，可控性好。

附图说明

图1为本发明竖直剖面结构示意图；

图2为本发明水平剖面结构示意图；

图3为本发明充气弹性球连接导向轴示意图；

图4为本发明导向轴凹槽部位放大示意图。

图中标号说明：

1、内管；2、外套管；3、充气弹性球；4、套环；5、导向轴；6、凹槽；7、卡扣。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体的实施例，对本发明作详细描述。

实施例1

如图1，一种套管换热器结冰防冻装置所示包括内管1、外套管2，其中所述的套管式换热器由同心的内管1和外套管2组成，流体分别在内管和外套管环隙中流动的同时进行传热，所述内管1为水管，内部充水，外套管2为氟管，内管和外套管环隙两者之间充入氟。

如图2所示内管1内等间距设置有若干个充气弹性球3。本实施例中每四分之一盘管距离设置有一个充气弹性球3，所述的橡胶球所述的充气弹性球3直径为套管换热器内管直径的一半，充气弹性球3材质为丁基橡胶，丁基橡胶是合成橡胶的一种由异丁烯和少量异戊二烯合成，具有良好的化学稳定性和热稳定性，最突出的是气密性和水密性，充气弹性球3内部中空，充气弹性球3内部所充气体为氮气，气体稳定，不会因为温度的骤然升高和降低导致球体的体积不受控制而热胀冷缩的变化。

充气弹性球3粘连放置于内管1中；该充气弹性球3在水体结冰时会体积收缩，这样可以避免水体结冰，内部水的体积增大造成的水管内部压力过大，避免了套管换热器冻裂。由于一般自来水系统压力为2bar左右，所述的丁基橡胶球所充气压力为2bar，丁基橡胶球安全压力为5bar，在内管1内部水结冰时候，管内的水由于结冰体积会增大，而充气弹性球3由于具有弹性，被四周包围的冰所挤压，体积会变小，整体的体积保持均衡，保证了管内的总体积不发生改变，有效保证了换热器的安全性和稳定性。

套管换热器结冰防冻装置的制造方法步骤如下：

一、根据所需要套管换热器的型号确定所需要内管1的长度；

二、根据内管1的长度和所需要设置的充气弹性球3的数量，计算出充气弹性球3在内管1中的间隔距离；本实施例中内管每四分之一盘管距离设置有一个充气弹性球3，先计算出盘管一圈的周长，后根据充气弹性球3间隔距离为周长的四分之一，计算出充气弹性球3间隔距离s。

三、如图3、图4所示，准备长度大于内管长度的一根导向轴5，本处长度为导向轴5长度的1.2倍，导向轴5为直线形，可以为钢条或者为PVC硬条，本处选用钢条；

四、充气弹性球3上连接有圆形套环4，在导向轴5的一侧，制作出若干个半圆形凹槽6，凹槽6半径与套环4的环丝半径相同，本处的环丝半径指的是制造套环4所用的钢丝的半径，每个凹槽6的间隔距离为s；更好的选择我们可以在凹槽6一端设置卡扣7，卡扣7与凹槽6端通过弹簧连接，使得正常状况下卡扣7将凹槽6的表面暂时盖住，有力进行作用，力量大于弹簧弹力，卡扣7可以打开，保证了设置在凹槽6的部件在运动时候不发生移动；

五、水平放置导向轴5，将所需要设置的充气弹性球3沿导向轴5将每一个充气弹性球3上的套环4卡入凹槽6中；

六、将充气弹性球3的背离导向轴5的一端涂敷胶水，此处的胶水为防水胶水，保证弹性球在充满水的空间中保持良好的粘性；

七、步骤六设置有充气弹性球3的导向轴5沿内管1内侧顶部伸入内管1中，此时导向轴5下部连接有充气弹性球3，充气弹性球3距离内管1的下部还有一定距离，胶水不会发生触碰，当完全伸入后，将导向轴5下降直到充气弹性球3底部与内管1内侧接触，停止下降，保持此位置，待胶水凝固后，将导向轴5下降，此时充气弹性球3已经与内管1内侧粘接，套环4与凹槽6分离，抽出导向轴5，完成充气弹性球3在内管1的设置；

八、将内管1按照现有的制造流程将套管安装，弯折，完成整体套管换热器的制造。

实施例2

实施例2基本与实施例1相同，不同之处在于充气弹性球3的总体积区别。最优化的由于需要获得最好和最稳定的体积计算出在结冰时候水体的体积其实增加了，这样根据压力的内外压差可以计算出所需充气弹性球3的总体积需求，根据充气弹性球3体积计算公式如下：

$V=\frac{C\×e}{1-\frac{1+P1}{1+P2}}$

充气弹性球3所充气压力为1.5bar，C为内管体积，e结冰膨胀率0.2，P1预充压力2bar，P2安全压力5bar，V＝0.4C，丁基橡胶小球总体积为内管体积的0.4，在此状态下保证了管内完全结冰时候体积不发生变化，有效保证了管的安全性和稳定性能。

套管换热器结冰防冻装置的制造方法步骤如下：

一、根据所需要套管换热器的型号确定所需要内管1的长度；

二、根据内管1的长度和所需要设置的充气弹性球3的数量，计算出充气弹性球3在内管1中的间隔距离；本实施例中内管每四分之一盘管距离设置有一个充气弹性球3，先计算出盘管一圈的周长，后根据充气弹性球3间隔距离为周长的四分之一，计算出充气弹性球3间隔距离s。

三、如图3、图4所示，准备长度大于内管长度的一根导向轴5，本处长度为导向轴5长度的1.1倍，导向轴5为直线形，本处选用钢条；

四、充气弹性球3上连接有圆形套环4，在导向轴5的一侧，制作出若干个半圆形凹槽6，凹槽6半径与套环4的环丝半径相同，本处的环丝半径指的是制造套环4所用的钢丝的半径，每个凹槽6的间隔距离为s；更好的选择我们可以在凹槽6一端设置卡扣7，卡扣7与凹槽6端通过弹簧连接，使得正常状况下卡扣7将凹槽6的表面暂时盖住，有力进行作用，力量大于弹簧弹力，卡扣7可以打开，保证了设置在凹槽6的部件在运动时候不发生移动；

五、水平放置导向轴5，将所需要设置的充气弹性球3沿导向轴5将每一个充气弹性球3上的套环4卡入凹槽6中；

六、将充气弹性球3的背离导向轴5的一端涂敷胶水；

七、步骤六设置有充气弹性球3的导向轴5沿内管1内侧顶部伸入内管1中，此时导向轴5下部连接有充气弹性球3，充气弹性球3距离内管1的下部还有一定距离，胶水不会发生触碰，当完全伸入后，将导向轴5下降直到充气弹性球3底部与内管1内侧接触，停止下降，保持此位置，待胶水凝固后，将导向轴5下降，此时充气弹性球3已经与内管1内侧粘接，套环4与凹槽6分离，抽出导向轴5，完成充气弹性球3在内管1的设置；

八、将内管1按照现有的制造流程将套管安装，弯折，完成整体套管换热器的制造。

以上示意性地对本发明创造及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，在不背离本发明的精神或者基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。附图中所示的也只是本发明创造的实施方式之一，实际的结构并不局限于此，权利要求中的任何附图标记不应限制所涉及的权利要求。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本专利的保护范围。此外，“包括”一词不排除其他元件或步骤，在元件前的“一个”一词不排除包括“多个”该元件。产品权利要求中陈述的多个元件也可以由一个元件通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims (9)

1.一种套管换热器结冰防冻装置，包括同心的内管(1)和外套管(2)组成的套管式换热器，其特征在于：内管(1)内等间距设置有若干个充气弹性球(3)。

2.根据权利要求1所述的一种套管换热器结冰防冻装置，其特征在于：所述的充气弹性球(3)为丁基橡胶球。

3.根据权利要求2所述的一种套管换热器结冰防冻装置，其特征在于：所述的充气弹性球(3)内部所充气体为氮气。

4.根据权利要求1所述的一种套管换热器结冰防冻装置，其特征在于：充气弹性球(3)与内管(1)粘连固定。

5.根据权利要求2或3所述的一种套管换热器结冰防冻装置，其特征在于：所述的充气弹性球(3)直径为内管(1)直径的一半。

6.根据权利要求1或2或3所述的一种套管换热器结冰防冻装置，其特征在于：所述的充气弹性球(3)的总体积为内管(1)内体积的0.4倍。

7.一种套管换热器结冰防冻装置制造方法，步骤如下：

一、根据所需要套管换热器的型号确定所需要内管(1)的长度；

二、根据内管(1)的长度和所需要设置的充气弹性球(3)的数量，计算出充气弹性球(3)在内管(1)中的间隔距离s。

三、准备长度大于内管长度的一根导向轴(5)，导向轴(5)为直线形硬条；

四、充气弹性球(3)上连接有圆形套环(4)，在导向轴(5)的一侧，制作出若干个半圆形凹槽(6)，凹槽(6)半径与套环(4)环丝半径相同，每个凹槽(6)的间隔距离为s；

五、水平放置导向轴(5)，将所需要设置的充气弹性球(3)沿导向轴(5)将每一个充气弹性球(3)上的套环(4)卡入凹槽(6)中；

六、将充气弹性球(3)背离导向轴(5)的一端涂敷胶水；

七、步骤六设置有充气弹性球(3)的导向轴(5)沿内管(1)内侧顶部伸入内管(1)中，当完全伸入后，将导向轴(5)下降，直到充气弹性球(3)底部与内管(1)内侧接触，停止下降，保持此位置，待胶水凝固后，此时充气弹性球(3)已经与内管(1)内侧粘接，将导向轴(5)继续下降，套环(4)与凹槽(6)分离，抽出导向轴(5)，完成充气弹性球(3)在内管(1)的设置；

八、将内管(1)按照现有的制造流程将套管安装，弯折，完成整体套管换热器的制造。

8.根据权利要求7所述的一种套管换热器结冰防冻装置制造方法，其特征在于：导向轴(5)为钢条或者PVC条。

9.根据权利要求7所述的一种套管换热器结冰防冻装置制造方法，其特征在于：凹槽(6)一端设置卡扣(7)，卡扣(7)与凹槽(6)端通过弹簧连接。