CN112113369A - 一种可自动除霜或除冰的换热器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及换热器技术领域，公开了一种可自动除霜或除冰的换热器，包括排管和翅片。排管内能够通入载冷剂，翅片设置在排管的外壁上,翅片的高度沿排管的径向延伸。翅片包括与排管依次连接的第一导热部和第二导热部，第二导热部的导热系数小于第一导热部和排管的导热系数。第一导热部和排管的外表面均涂覆有微米或纳米级的疏水层，疏水层为疏水涂层或疏水油膜。本发明提供的可自动除霜或除冰的换热器，第二导热部的导热系数较低，在释冷工况下可使排管两边的霜或冰分隔，防止霜或冰对排管进行环状包裹，同时疏水涂层或疏水油膜有利于使霜层或冰层在重力作用下自动脱落，可以省去加热除霜过程，提高换热器的释冷换热效率。

Description

一种可自动除霜或除冰的换热器
技术领域
本发明涉及换热器技术领域，特别是涉及一种可自动除霜或除冰的换热器。
背景技术
随着人们生活水平的提高，对能量的需求量也越来越大，如北方冬天的热泵制热，物流冷供链等。这里面关于冷热的传输都要涉及到换热器的使用。对于常规的流体介质传换热，可以通过提高换热器材料的导热系数，增大换热面积，提高常规流体的流动速度来实现高换热效率，这可以响应国家对节能，减排的要求。但是有些换热器系统涉及介质的相变变化，特别是气-固，液-固相变，这些情况往往变得复杂起来。如物流冷供链中重要组成部分——冷库。冷库一直是物流业的重要组成部分。冷库主要用作对食品、药品，血液，疫苗等等半成品及成品的低温恒湿贮藏。由于冷库内蒸发器表面结霜，妨碍制冷蒸发器(管道)冷量传导与散发，最终影响制冷效果。当蒸发器表面的霜层(冰层)厚度达到一定程度时，制冷效率甚至下降到30％以下，导致电能较大浪费，且缩短制冷系统的使用寿命。因此有必要在适当的周期内进行冷库除霜操作。在寒冷地方，空气源热泵由于设备简单，成本较低，被广泛应用于冬天供暖，同样地，室外蒸发器表面结霜也妨碍热泵蒸发器冷量传导与散发，最终影响热泵的制热效果。
目前，通常对空气介质在低于水结冰温度传输冷量，当冰或霜厚度过大时，换热器切换到加热模式，升到冰点温度之上，使附着在换热器的冰层表面液化，最终从换热器上脱落。然而，这个液化时间往往比较长，这样导致总传输冷量损失较大。因此，亟需对涉及这类相变的换热器进行结构优化，加快相变冰层脱落时间或使冰层自动脱落，减少冷量损失，提高换热器的换热效率。
发明内容
本发明提供一种可自动除霜或除冰的换热器，其能够使霜层或冰层自动脱落，可以省去加热除霜过程，提高换热器的制冷效率。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种可自动除霜或除冰的换热器，所述换热器包括：
换热组件，所述换热组件包括排管和翅片，所述排管内能够通入载冷剂，所述翅片设置在所述排管的外壁上，所述翅片的高度沿所述排管的径向延伸；
所述翅片包括与所述排管依次连接的第一导热部和第二导热部，所述第二导热部的导热系数小于所述第一导热部的导热系数和所述排管的导热系数；
所述第一导热部的外表面和所述排管的外表面均涂覆有微米或纳米级的疏水层，所述疏水层为疏水涂层或疏水油膜。
作为优选方案，所述疏水涂层为氟碳涂料涂层、聚四氟乙烯涂层或有机硅疏水涂料涂层。
作为优选方案，所述疏水油膜为凡士林油膜、动物油油膜、植物油油膜或白油油膜。
作为优选方案，至少两组所述换热组件间隔排列，所述换热器还包括连接管和保温层，相邻的两个所述排管的第一端通过所述连接管连通，所述保温层包裹所述连接管，所述保温层的导热系数小于所述排管的导热系数。
作为优选方案，所述翅片对称设置在所述排管的两侧。
作为优选方案，所述翅片的板面与所述排管的轴线平行。
作为优选方案，所述排管的导热系数为5-500W/(m·K)；和/或
所述第一导热部的导热系数为5-500W/(m·K)；和/或
所述第二导热部的导热系数为0.01-0.3W/(m·K)。
作为优选方案，所述排管由铜、铝或不锈钢材料制成；和/或
所述第一导热部由铜、铝或不锈钢材料制成；和/或
所述第二导热部由塑料或橡胶制成。
作为优选方案，所述保温层的导热系数为0.01-0.3W/(m·K)。
作为优选方案，所述保温层由塑料或橡胶制成。
本发明的有益效果在于：
本发明提供可自动除霜或除冰的换热器，当释冷工况时，排管通入载冷剂，进行释冷，由于第二导热部的导热系数小于排管和第一导热部的导热系数，且距离排管较远，所以第二导热部上面的霜或冰层生长速度很缓慢，且第二导热部具有一定高度，排管两边的霜或冰层一般不能越过第二导热部的顶部连接成一块，因此第二导热部起着隔离作用；由于第一导热部和排管的表面涂覆有微米或纳米级的疏水涂层或疏水油膜，与冰不相容，也就是与霜层或冰层粘附力较低，当排管和第一导热部上的霜层或冰层生长到一定厚度时，霜层或冰层的重量大于它们与第一导热部和排管表面的粘附力，就会自动从第一导热部和排管的表面上脱落，可以省去加热除霜过程，提高换热器的制冷效率。
本发明提供可自动除霜或除冰的换热器，具有如下优点：(1)第一导热部的导热系数较高，能够有效增大换热面积，提高换热效率；(2)第二导热部的导热系数较低，第二导热部具有隔离作用，从而在释冷工况下使排管两边的霜或冰层分隔，避免形成圆筒状霜或冰层，防止霜或冰对排管进行全面包裹；(3)排管与第一导热部的疏水涂层或疏水油膜达到微米或纳米级，所形成的热阻较小，对换热器的传热系数影响较小，且可实现霜层或冰层在重力作用下自动脱落，进而可以省去加热除霜过程，提高换热器的制冷效率；(4)由于换热效率的提高，从而可以有效减小换热器的体积，降低设备的制造成本。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的可自动除霜或除冰的换热器的结构示意图；
图2是本发明实施例一提供的排管和翅片的结构示意图；
图3是本发明实施例一提供的排管和翅片的剖视图；
图4是图3中A处的放大图；
图5是本发明实施例二提供的可控自动除霜或除冰的换热器系统的结构示意图。
图中：
1-换热器；11-排管；12-翅片；121-第一导热部；122-第二导热部；13-连接管；14-保温材料；15-出入口；16-疏水层；
2-切换阀；
3-低温冷源和高温热源。
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。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。
实施例一
如图1-图4所示，本实施例提供一种可自动除霜或除冰的换热器1，包括换热组件，换热组件包括排管11和翅片12，排管11内能够通入载冷剂，翅片12设置在所述排管11的外壁上，翅片12的高度沿排管11的径向延伸。翅片12包括与排管11依次连接的第一导热部121和第二导热部122，第二导热部122的导热系数小于第一导热部121的导热系数和排管11的导热系数。第一导热部121的外表面和排管11的外表面均涂覆有微米或纳米级的疏水层16，疏水层16为疏水涂层或疏水油膜。在本实施例中，载冷剂为乙二醇溶液。
本实施例提供的可自动除霜或除冰的换热器1，当释冷工况时，排管11通入载冷剂，进行释冷，由于距离排管11较远的第二导热部122的导热系数小于排管11的导热系数和第一导热部121的导热系数，所以第二导热部122上面的相变霜或冰速度很缓慢，且第二导热部122具有一定高度，排管11两边的霜或冰一般不能越过第二导热部122的顶部连接成一块，因此第二导热部122起着隔离作用由于第一导热部121和排管11的表面涂覆有微米或纳米级的疏水涂层或疏水油膜，与冰不相容，也就是与霜层或冰层粘附力较低，当排管11和第一导热部121上的霜层或冰层生长到一定厚度时，霜层或冰层的重量大于它们与第一导热部121和排管11的表面粘附力，就会自动从第一导热部121和排管11的表面上脱落，可以省去加热除霜过程，提高换热器1的制冷效率。
本实施例提供的可自动除霜或除冰的换热器1，具有如下优点：(1)第一导热部121的导热系数较高，能够有效增大换热面积，提高换热效率；(2)第二导热部122的导热系数较低，第二导热部122具有隔离作用，从而在释冷工况下使排管12两边的霜层或冰层分隔，避免形成圆筒状霜层或冰层，防止霜层或冰层对排管11进行全面包裹；(3)排管11与第一导热部121的疏水涂层或疏水油膜达到微米或纳米级，所形成的热阻较小，对换热器1的传热系数影响较小，且可实现霜层或冰层在重力作用下自动脱落，进而可以省去加热除霜过程，提高换热器1的制冷效率；(4)由于排管11上的霜层或冰层可以快速除去，这样因霜层或冰层所形成的热阻可以限制在较低数值，从而大大提高换热效率，从而使释冷时间大大缩短；(5)由于释冷换热效率的提高，从而可以有效减小换热器1的体积，降低设备的制造成本。
可选地，疏水涂层为氟碳涂料涂层、聚四氟乙烯涂层或有机硅疏水涂料涂层。可选地，疏水油膜为凡士林油膜、动物油油膜、植物油油膜或白油油膜。当然，在其他实施例中，疏水涂层和疏水油膜还可以选用其他材料，只有具有疏水性即可。
可选地，第一导热部121与排管11一体成型或第一导热部121与排管11焊接连接。
可选地，第二导热部122与第一导热部121的顶部粘合连接。
可选地，翅片12对称设置在排管11的两侧。即排管11两侧的翅片12能够将排管12两侧的霜或冰分成两块。当然，在其他实施例中，翅片12不仅可以设置在排管11的两侧，还可以沿排管11的周向均匀设置。进一步地，翅片12的板面与排管11的轴线平行。当然，翅片12的板面不仅可以与排管11的轴线平行，翅片12的板面还可以与排管11的轴线垂直，只要保证翅片12的导热系数低于排管11的导热系数即可，在此不做限制。
在本实施例中，翅片12呈矩形。进一步地，矩形的长度与排管11的长度相等。当然，在其他实施例中，翅片12不仅可以呈矩形，还可呈梯形等其他形状，另外，翅片12的板面还可以不为平面，例如为波浪状的板面等，在此不做限制，只要保证翅片12的导热系数低于排管11的导热系数即可。
可选地，排管11的导热系数为5-500W/(m·K)。排管11的导热系数较高，有利于提高换热器的换热效率，加快释冷工况时释冷速率。
可选地，排管11由铜、铝或不锈钢材料制成。具体地，在本实施例中，排管2由不锈钢材料制成。
可选地，第一导热部121的导热系数为5-500W/(m·K)。第一导热部121的导热系数较高，能够有效增大换热面积，提高换热效率。
可选地，第二导热部122的导热系数为0.01-0.3W/(m·K)。第二导热部122的导热系数较低，有利于防止排管11两边的霜或冰越过第二导热部122顶部连接成一块，起着隔离作用，缩短脱冰工况下相变固体物质脱离的时间。
可选地，第一导热部121由铜、铝或不锈钢材料制成。具体地，在本实施例中，第一导热部121由不锈钢材料制成。
可选地，第二导热部122由塑料或橡胶制成。例如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯或聚四氟乙烯等。具体地，在本实施例中，第二导热部122由聚乙烯制成。
具体地，排管11的第二端设有出入口15，载冷剂能够通过出入口15进入到排管1内或由排管1内排出。进一步地，至少两组换热组件间隔排列，换热器1还包括连接管13和保温层14，相邻的两个排管11的第一端通过连接管13连通，保温层14包裹连接管13，保温层14的导热系数小于排管11的导热系数。连接管13把各排管11连接起来，为了防止在连接管13处形成环状冰层或霜层，不利于快速脱落，所以在连接管13上包裹了导热系数较低的保温层14，防止结霜或结冰。在本实施例中，排管支架上也包裹有保温层14。
可选地，至少两组换热组件中翅片12的板面在同一平面内。
可选地，保温层14的导热系数为0.01-0.3W/(m·K)。保温层14的导热系数较低，有利于避免连接管13被霜或冰包裹，提高霜或冰的脱落速度。
可选地，保温层14由塑料或橡胶制成。例如发泡聚氨酯或发泡聚苯乙烯等。
本实施提供的换热器基于能源高效利用、节能、环保和减排的大导向，面向新型节能技术运用的行业需求，以解决换热器的结冰或结霜问题，实现高效换热为最终目标，满足冷库的制冷，热泵供热等对冷热能有效地利用，提高经济效益。
实施例二
为了更可控和更容易地去除换热器表面的冰或霜层，可结合热源进行。如图5所示，本实施例提供一种可控自动除霜或除冰的换热器系统，包括实施例一提供的换热器1，还包括切换阀2以及低温冷源和高温热源3。低温冷源和高温热源3通过切换阀2与排管11连接，以向排管11通入载冷剂或载热剂。具体地，在本实施例中，切换阀2为四通阀。当释冷工况时，通过切换阀2的切换，使低温冷源与排管11连通，以向排管11通入载冷剂；当脱冰工况时，通过切换阀2的切换，使高温热源与排管11连通，以向排管11通入载热剂。
本实施例提供的换热器系统，可以更快捷、可控和可靠地除冰或霜层，在疏水涂层或疏水油膜的辅助下，可减少除霜或冰层的热量，提高换热器1的换热效率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种可自动除霜或除冰的换热器，其特征在于，所述换热器(1)包括：
换热组件，所述换热组件包括排管(11)和翅片(12)，所述排管(11)内能够通入载冷剂，所述翅片(12)设置在所述排管(11)的外壁上，所述翅片(12)的高度沿所述排管(11)的径向延伸；
所述翅片(12)包括与所述排管(11)依次连接的第一导热部(121)和第二导热部(122)，所述第二导热部(122)的导热系数小于所述第一导热部(121)的导热系数和所述排管(11)的导热系数；
所述第一导热部(121)的外表面和所述排管(11)的外表面均涂覆有微米或纳米级的疏水层(16)，所述疏水层(16)为疏水涂层或疏水油膜。
2.根据权利要求1所述的可自动除霜或除冰的换热器，其特征在于，所述疏水涂层为氟碳涂料涂层、聚四氟乙烯涂层或有机硅疏水涂料涂层。
3.根据权利要求1所述的可自动除霜或除冰的换热器，其特征在于，所述疏水油膜为凡士林油膜、动物油油膜、植物油油膜或白油油膜。
4.根据权利要求1所述的可自动除霜或除冰的换热器，其特征在于，至少两组所述换热组件间隔排列，所述换热器(1)还包括连接管(13)和保温层(14)，相邻的两个所述排管(11)的第一端通过所述连接管(13)连通，所述保温层(14)包裹所述连接管(13)，所述保温层(14)的导热系数小于所述排管(11)的导热系数。
5.根据权利要求1所述的可自动除霜或除冰的换热器，其特征在于，所述翅片(12)对称设置在所述排管(11)的两侧。
6.根据权利要求1所述的可自动除霜或除冰的换热器，其特征在于，所述翅片(12)的板面与所述排管(11)的轴线平行。
7.根据权利要求1所述的可自动除霜或除冰的换热器，其特征在于，所述排管(11)的导热系数为5-500W/(m·K)；和/或
所述第一导热部(121)的导热系数为5-500W/(m·K)；和/或
所述第二导热部(122)的导热系数为0.01-0.3W/(m·K)。
8.根据权利要求1所述的可自动除霜或除冰的换热器，其特征在于，所述排管(11)由铜、铝或不锈钢材料制成；和/或
所述第一导热部(121)由铜、铝或不锈钢材料制成；和/或
所述第二导热部(122)由塑料或橡胶制成。
9.根据权利要求4所述的可自动除霜或除冰的换热器，其特征在于，所述保温层(14)的导热系数为0.01-0.3W/(m·K)。
10.根据权利要求4所述的可自动除霜或除冰的换热器，其特征在于，所述保温层(14)由塑料或橡胶制成。
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