CN107131780A - 套管换热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种套管换热器。套管换热器包括套管，套管包括内管和套设于内管外侧的外管，内管为水管，套管还包括与水管连通的防冻结构，防冻结构包括弱化部，弱化部在套管受冻时先于水管破裂。本发明的套管换热器的套管在受冻而导致水管内的水结冰时，由于弱化部要先于水管破裂，因此可以释放水管内部压力，从而对水管起到防冻保护的作用。本发明的套管换热器突破常规的防冻保护方法，采用局部破坏来达到保护整体套管的效果。并且弱化部的破裂对用户起到提醒的作用，提醒用户注意及时排水。

Description

套管换热器

技术领域

本发明涉及换热器领域，特别涉及一种套管换热器。

背景技术

套管换热器是一种常见的换热设备，在制冷设备中的应用十分广泛。在衡量套管换热器的性能时，不止要看其换热能力，防冻能力同样也是一个重要的考核标准。

现有技术中套管的防冻方法主要有以下几种：1，采用保温材料进行保温和防冻，如常见的在套管外包裹保温棉。2，电加热保温，直热循环式商用热水机通常会在进水管上盘绕伴热带，在进水温度低于某一值时，此时伴热带就会开启，避免水管冻裂。此方法耗电较多。3，通过增强水的流动性防冻，此方法要求循环泵一直开启，因此当发生停电或者泵故障时，此方法完全失效。4，在水管内填充可压缩材料，利用材料的可压缩性补偿水结冰增加的体积，从而减小水管管壁所受的膨胀力，但是在套管填充可压缩材料，易导致套管堵塞而且还会影响换热效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种套管换热器，以对套管进行防冻保护。

本发明提供一种套管换热器，包括套管，套管包括内管和套设于内管外侧的外管，内管为水管，套管还包括与水管连通的防冻结构，防冻结构包括弱化部，弱化部在套管受冻时先于水管破裂。

进一步地，弱化部的材料与水管的材料相同且弱化部的厚度小于水管的管壁的厚度；或者，弱化部的材料与水管的材料不同。

进一步地，防冻结构包括与水管连通的破坏支管，破坏支管的至少一部分形成弱化部。

进一步地，破坏支管与水管可拆卸地连接。

进一步地，破坏支管包括支管管体和封口部，支管管体的第一端与水管连通，封口部密封地覆盖于支管管体的第二端，封口部形成弱化部。

进一步地，支管管体的第二端的端部形成向径向内侧或外侧折弯的环形折边，封口部连接于环形折边上。

进一步地，封口部与支管管体的第二端可拆卸地连接，且破坏支管还包括设置于支管管体的第二端与封口部之间的密封元件。

进一步地，套管换热器还包括与外部水源连接以用于为水管输送水的进水管，防冻结构设置于进水管上。

进一步地，防冻结构设置于进水管的靠近其与水管的连接处的位置。

进一步地，套管包括并联设置的至少两个内管，内管为水管，进水管包括进水集管和与进水集管连接且与至少两个内管对应连接的至少两个分流管，防冻结构设置于进水集管上。

基于本发明提供的套管换热器，套管在受冻而导致水管内的水结冰时，由于弱化部要先于水管破裂，因此可以释放水管内部压力，从而对水管起到防冻保护的作用。本发明的套管换热器突破常规的防冻保护方法，采用局部破坏来达到保护整体套管的效果。并且弱化部的破裂对用户起到提醒的作用，提醒用户注意及时排水。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明第一实施例的套管换热器的主视结构示意图；

图2为图1所示的套管换热器的俯视结构示意图；

图3为图2所示的破坏支管的M部的侧视的局部放大结构示意图；

图4为本发明第二实施例的套管换热器的主视结构示意图；

图5为图4所示的套管换热器的俯视结构示意图。

各附图标记分别代表：

1-进水管；11-进水集管；12-分流管；2-破坏支管；21-支管管体；22-封口部；6-排水管；FI-冷媒进口；FO-冷媒出口；WI-进水口；WO-出水口。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

下面在对本发明实施例的套管换热器的具体结构进行详细说明之前将先对水结冰时的状态变化原理以及套管的受冻破裂情况进行说明。

水具有三相状态，常温下的水处于液态，当水温达到冰点(0℃)时，此时水开始结冰。水的密度为1g/cm3，冰的密度为0.9g/cm3，因此相同质量的水从液态转变到固态后，体积增加约10％，也就是说如果套管的水管内部完全充满水时，那么在水管内的水在受冻后由液态转变为固态时，水管需要额外10％的富余空间来补偿水的体积的增加，事实上这是很难做到的，所以就需要通过其他手段释放体积膨胀带来的压力激增。

从化学的分子结构角度进行分析，水分子(H₂O)是一个四面体的微晶体结构，随着温度的升高，这种结构逐渐被破坏，分子之间的无序排列增多，使水的密度增大。然而同时随着温度的升高，分子热运动加剧会使水分子之间的间距逐渐增大，使水的密度减小。因此水的密度随着温度的变化如何变化要取决于结构破坏和分子热运动这两个因素中的哪个因素处于主导作用。4℃以上时，分子的热运动对密度的影响处于主导作用，所以此时水呈现出“热胀冷缩”的性质；0～4℃时，结构破坏对密度的影响处于主导地位，所以此时水呈现出“热缩冷胀”的性质。

当套管的水管内的水长期静置处于低温环境中时，水温从最开始逐渐降低到接近环境温度，但是水管内部的水温不是均匀同步变化的。根据上面的分析，水在接近0℃时具有热缩冷胀的性质，也就是说温度越高的水密度越大，温度越低的水密度越小，密度小的水总是倾向于往水管上部运动，因此水管上方的水温通常要低于底部，所以水管内部水的结冰顺序应该是从上至下。水管上方的水开始冻结，就会使还未冻结的水往水管的下部堆积，水管的底部最终结冰时，累计的压力已经非常大了，如果此时不能及时释放，就会造成底部涨裂。

基于以上分析，本发明提出一种全新的保护套管水管受冻破裂的技术方案，降低水管受冻变形甚至冻裂的概率。下面将对本发明具体实施例的套管换热器的结构进行详细说明。

本发明实施例的套管换热器包括套管。套管包括内管和套设于内管外侧的外管，内管为水管。套管还包括与水管连通的防冻结构。防冻结构包括弱化部，弱化部在套管受冻时先于水管破裂。本发明实施例的套管在受冻而导致水管内的水结冰时，由于弱化部要先于水管破裂，因此可以释放水管内部压力，从而对水管起到防冻保护的作用。本发明实施例的套管换热器突破常规的防冻保护方法，采用局部破坏来达到保护整体套管的效果。并且弱化部的破裂对用户起到提醒的作用，提醒用户注意及时排水。

为了使弱化部在套管受冻时能够先于水管破裂，可以使弱化部的材料与水管的材料相同而使弱化部的厚度小于水管的管壁的厚度。也可以使弱化部的材料与水管的材料不同。例如，可以使水管为铜管，而弱化部为相对于铜脆性更大的其他材质，比如塑料等。

下面根据图1至图5对本发明具体实施例的套管换热器的结构进行详细说明。

第一实施例

本实施例的套管换热器包括内管和套设于内管外侧的外管。内管为水管，其内部流通水，外管与内管之间流通冷媒。如图1和图2所示，在本实施例中，冷媒从冷媒进口FI进入外管与内管之间并从冷媒出口FO流出套管。水从进水口WI进入外管中并从出水口WO流出外管。进水口WI处于水管的底部。

在本实施例中，如图1所示，防冻结构包括与水管连通的破坏支管2。破坏支管2的至少一部分形成弱化部。本实施例的防冻结构设置为形成水管的支路的破坏支管2，因此位于破坏支管2上的弱化部破裂时只要更换弱化部或者破坏支管整体即可，而不影响水管整体的结构，因此本实施例的防冻结构使用方便且成本较低。

由于套管的水管内部水的结冰顺序是从上至下。因此为了防止套管的水管在受冻时整个破裂，可将防冻结构设置于与水管的下部连通的位置。

具体地，本实施例的套管换热器包括与外部水源连接以用于为水管输送水的进水管1且水管的进水口WI处于水管的底部。因此可将破坏支管2设置于进水管1上。破坏支管2通过进水管1与水管连通，因此当套管受冻而导致水管内的水结冰时，破坏支管2上的弱化部也会受到膨胀力，由于弱化部会先于水管发生破裂而释放压力，从而可保护套管。

在本实施例中，如图2所示，破坏支管2包括支管管体21和封口部22。支管管体21的第一端与进水管1连接，封口部22密封地覆盖于支管管体21的第二端，封口部22形成弱化部。封口部22在受到膨胀力而破裂时，用户可以仅更换封口部即可，操作简单方便。

优选地，封口部22与支管管体21的第二端可拆卸地连接，且破坏支管1还包括设置于支管管体21的第二端与封口部22之间的密封元件。如此设置使得封口部22在破裂后，只要将破裂的封口部22从支管管体21上拆除并更换新的封口部22即可，维护简单方便。

封口部22的材料可以与水管的材料相同，也可以与水管的材料不同。例如，当水管为铜管时，封口部可以是比铜管的管壁更薄的铜片，也可以是铝片，塑料片等，只要能够在水管结冰时及时涨裂即可。此时，支管管体21的材料可以与水管的材料相同，例如可以在制备进水管时，直接在进水管上连接支管管体即可。

具体地，如图3所示，支管管体21的第二端的端部形成向径向内侧折弯的环形折边，封口部22连接于环形折边上。环形折边的设置使得封口部22与支管管体21之间具有较大的接触面积，可以较好地保证封口部22与支管管体21的连接强度，进而保证水管的封闭性。

在本实施例中，在封口部22与环形折边之间设置密封胶圈并且在周向上均布多个螺钉来进行密封以保证水管在正常工作时的密封性而保证套管的正常工作。

在一个附图未示出的实施例中，也可以使整个破坏支管形成弱化部或者使支管管体形成弱化部，此时可以使破坏支管与进水管可拆卸地连接。在套管受冻时，整个破坏支管或支管管体在膨胀压力的作用下先发生破裂而保护水管。

为了使防冻结构能够及时感受到水管在受冻时内部结冰的膨胀力，可将防冻结构设置于进水管的靠近其与水管的连接处的位置。此时，防冻结构与水管的进水口的位置更近，因此防冻结构与水管所受到的膨胀力更接近，可以在受到膨胀力时及时破裂而释放压力。

第二实施例

在本实施例中，套管包括并联设置的两个内管。也就是说，外管内部设置两个内管。如图4和图5所示，与第一实施例不同的是，本实施例的破坏支管的设置位置不同。

具体地，在本实施例中，进水管1包括进水集管11和与进水集管11连接且与至少两个内管对应连接的至少两个分流管12，防冻结构设置于进水集管11上。将防冻结构设置于进水集管11上就可以同时对两个水管进行防冻保护，使得套管换热器的结构简单。

如图4和图5所示，在进水集管11的侧面设置有排水管6。当破坏支管2的封口部在受到膨胀力而破裂后，用户可以通过排水管6对水管进行排水。

第二实施例的其他未说明的各部件和各部件之间的连接关系、功能、效果等可参照第一实施例。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种套管换热器，包括套管，所述套管包括内管和套设于所述内管外侧的外管，所述内管为水管，其特征在于，所述套管还包括与所述水管连通的防冻结构，所述防冻结构包括弱化部，所述弱化部在所述套管受冻时先于所述水管破裂。

2.根据权利要求1所述的套管换热器，其特征在于，所述弱化部的材料与所述水管的材料相同且所述弱化部的厚度小于所述水管的管壁的厚度；或者，所述弱化部的材料与所述水管的材料不同。

3.根据权利要求1所述的套管换热器，其特征在于，所述防冻结构包括与所述水管连通的破坏支管(2)，所述破坏支管(2)的至少一部分形成所述弱化部。

4.根据权利要求3所述的套管换热器，其特征在于，所述破坏支管(2)与所述水管可拆卸地连接。

5.根据权利要求3所述的套管换热器，其特征在于，所述破坏支管(2)包括支管管体(21)和封口部(22)，所述支管管体(21)的第一端与所述水管连通，所述封口部(22)密封地覆盖于所述支管管体(21)的第二端，所述封口部(22)形成所述弱化部。

6.根据权利要求5所述的套管换热器，其特征在于，所述支管管体(21)的第二端的端部形成向径向内侧或外侧折弯的环形折边，所述封口部(22)连接于所述环形折边上。

7.根据权利要求5所述的套管换热器，其特征在于，所述封口部(22)与所述支管管体(21)的第二端可拆卸地连接，且所述破坏支管(2)还包括设置于所述支管管体(21)的第二端与所述封口部(22)之间的密封元件。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的套管换热器，其特征在于，所述套管换热器还包括与外部水源连接以用于为所述水管输送水的进水管(1)，所述防冻结构设置于所述进水管上。

9.根据权利要求8所述的套管换热器，其特征在于，所述防冻结构设置于所述进水管(1)的靠近其与所述水管的连接处的位置。

10.根据权利要求8所述的套管换热器，其特征在于，所述套管包括并联设置的至少两个内管，所述内管为水管，所述进水管包括进水集管(11)和与所述进水集管(11)连接且与所述至少两个内管对应连接的至少两个分流管(12)，所述防冻结构设置于所述进水集管(11)上。