CN112113453A - 一种换热器及换热器系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及换热器技术领域，公开了一种换热器及换热器系统。其中，换热器包括排管和翅片，排管内能够通入载冷剂或载热剂，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的导热系数和排管的导热系数。本发明提供的换热器，第二导热部的导热系数较排管低，在释冷工况下使排管两边的相变固体物质分隔，防止相变固体物质对排管进行环状包裹，缩短了加热工况下相变固体物质脱离的时间；由于排管上的相变固体物质可以快速除去，故因相变固体物质所形成的热阻可以限制在较低数值，从而大大提高换热器的释冷换热效率。

Description

一种换热器及换热器系统

技术领域

本发明涉及换热器技术领域，特别是涉及一种换热器及换热器系统。

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，如中央空调的制冷，北方冬天的制热，物流冷供链，大型的储热储冷等。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-固和液-固相变的传换热系统，这些情况往往变得复杂起来。在流体介质接收冷量或释入热量时，发生相变而变成固体时，往往会包裹住换热器；而且随着时间推移，固体的厚度将越来越大，由于相变的固体物质的导热系统不是很大，一般在0.1-3W/(m·K)之间，这导致固体物质所产生的热阻也越来越大，严重影响换热器的换热效率，同时加大流体介质的流速，此时对提高换热器的换热效率变得微乎其微。

目前，通常对流体介质在低于相变温度传输冷量，当固体物质厚度过大时，换热器切换到加热模式，到相变温度之上，使附着在换热器的相变固体物质表面液化，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，加快相变固体物质脱落时间，减少冷量损失，提高换热器的换热效率。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种换热器，其能够缩短相变固体物质脱离的时间，提高换热器的换热效率。

本发明的第二个目的是提供一种换热器系统，通过应用上述的换热器，能够使相变固体物质快速脱落，提高换热系统的换热效率。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种换热器，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或载热剂，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。

作为所述换热器的优选方案，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。

作为所述换热器的优选方案，所述翅片对称设置在所述排管的两侧。

作为所述换热器的优选方案，所述翅片的板面与所述排管的轴线平行。

作为所述换热器的优选方案，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)。

作为所述换热器的优选方案，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。

作为所述换热器的优选方案，所述保温层的导热系数为0.01-0.3W/(m·K)。

作为所述换热器的优选方案，所述保温层由塑料或橡胶制成。

一种换热器系统，包括如上所述的换热器。

作为所述换热器系统的优选方案，还包括切换阀以及低温冷源和高温热源，所述低温冷源和高温热源通过所述切换阀与所述排管连接，以向所述排管通入载冷剂或载热剂。

本发明的有益效果在于：

本发明提供的换热器，当释冷工况时，排管通入载冷剂，进行释冷，由于距离排管较远的第二导热部小于排管和第一导热部的导热系数，所以第二导热部上面的相变固体物质生长速度很缓慢，且第二导热部具有一定高度，排管两边的相变固体物质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；当排管和翅片上的固体物质生长到一定厚度，且增长速度变得很缓慢时，向排管通入载热剂，使排管和翅片表面温度超过固体物质的熔融温度，使贴着排管和翅片表面的相变固体物质很快液化，由于相变物质的固态密度与液态密度存在差异，在重力作用下，固体物质很容易从排管的两边脱落。固体物质脱落后，可以重新向排管通入载冷剂，从而形成释冷-加热的周期性换热过程。本发明提供的换热器，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相变固体物质分隔，避免形成圆筒状固体块，防止相变固体物质对排管进行全面包裹，进而大大缩短了加热工况下相变固体物质脱离的时间，减少输入的热量，提高释冷-加热周期内的释冷量；(3)由于排管上的相变固体物质可以快速除去，这样因相变固体物质所形成的热阻可以限制在较低数值，从而大大提高换热器的释冷换热效率，从而使释冷时间大大缩短；(4)排管的导热系数较高，这样可提高换热器的换热效率，加快释冷工况时释冷速率；(5)由于释冷换热效率的提高，从而可以有效减小换热器的体积，降低设备的制造成本。

本发明提供的换热器系统，通过应用上述的换热器，能够使相变固体物质快速脱落，提高换热系统的换热效率。

附图说明

图1是本发明实施例一提供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是本发明实施例二提供的换热器系统的结构示意图；

图5是本发明实施例三提供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-保温层；15-出入口；

2-蓄冷槽；

3-过滤网；

4-循环组件；41-循环管路；411-入口；412-出口；42-阀门；43-水泵；44-水分布器喷头；

5-切换阀；

6-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3所示，本实施例提供一种换热器，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内能够通入载冷剂或载热剂，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。

本实施例提供的换热器，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上面的相变固体物质生长速度很缓慢，且第二导热部122具有一定高度，排管11两边的相变固体物质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；当排管11和翅片12上的固体物质生长到一定厚度，且增长速度变得很缓慢时，向排管11通入载热剂，使排管11和翅片12表面温度超过固体物质的熔融温度，使贴着排管11和翅片12表面的相变固体物质很快液化，由于相变物质的固态密度与液态密度存在差异，在重力作用下，固体物质很容易从排管11的两边脱落。固体物质脱落后，可以重新向排管11通入载冷剂，从而形成释冷-加热的周期性换热过程。在本实施例中，相变物质的固态为冰，液态为水。载冷剂为乙二醇溶液。

本实施例提供的换热器，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12两边的相变固体物质分隔，避免形成圆筒状固体块，防止相变固体物质对排管11进行全面包裹，进而大大缩短了加热工况下相变固体物质脱离的时间，减少输入的热量，提高释冷-加热周期内的释冷量；(3)由于排管11上的相变固体物质可以快速除去，这样因相变固体物质所形成的热阻可以限制在较低数值，从而大大提高换热器的释冷换热效率，从而使释冷时间大大缩短；(4)排管11的导热系数较高，这样可提高换热器1的换热效率，加快释冷工况时释冷速率；(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，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12两侧的相变固体物质分成两块。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11两边的相变固体物质越过第二导热部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，载冷剂和载热剂能够通过出入口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。为了防止相变固体物质即冰在连接管13处形成环状冰层，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。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被相变固体物质包裹，提高相变固体物质的脱落速度。

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，以存在相变的高效换热工程为最终目标，满足大型中央空调的制冷，北方冬天的集中式供热，物流冷供链，大型的储热储冷等对冷热能有效地利用，提高经济效益。

实施例二

如图4所示，本实施例提供一种换热器系统，包括实施例一提供的换热器1，还包括切换阀5以及低温冷源和高温热源6。低温冷源和高温热源6通过切换阀5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5为四通阀。当释冷工况时，通过切换阀5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5的切换，使高温热源与排管11连通，以向排管11通入载热剂。

实施例三

如图5所示，本实施例提供一种换热器系统，包括实施例一提供的换热器1，还包括蓄冷槽2、过滤网3、循环组件4、切换阀5以及低温冷源和高温热源6。蓄冷槽2内装有水和冰。过滤网3安装在蓄冷槽2的上部，且沉浸在水中。循环组件4包括循环管路41、阀门42、水泵43和水分布器喷头44，循环管路41的入口411插设在蓄冷槽2的水中，且入口411位于过滤网3的上方，阀门42和水泵43均安装在循环管路41上，循环管路41的出口412与水分布器喷头44连通，水分布器喷头44设置在蓄冷槽2的下部。换热器1安装在蓄冷槽2中，换热器1位于过滤网3和水分布器喷头44之间，排管11沿水平方向延伸，翅片12在竖直平面内。

为了提高换热效率，本实施例提供的换热器系统通过增加循环组件4来提高蓄冷槽2中水的流速，其中，水泵43把蓄冷槽2上部未结冰的水从入口411吸入循环管路41中，经过阀门42泵送至出口412，并通过水分布器喷头44，使水可以均匀地冲击换热器1的表面，这样可以使换热效率大大提高，同时也可以在脱冰工况时实现冰层快速脱落。

需要指出的是，本实施例中的切换阀5以及低温冷源和高温热源6的结构和工作原理与实施例二相同，在此不做赘述。

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)内能够通入载冷剂或载热剂，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。

2.根据权利要求1所述的换热器，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。

3.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述翅片(12)对称设置在所述排管(11)的两侧。

4.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述翅片(12)的板面与所述排管(11)的轴线平行。

5.根据权利要求1所述的换热器，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)。

6.根据权利要求1所述的换热器，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。

7.根据权利要求2所述的换热器，其特征在于，所述保温层(14)的导热系数为0.01-0.3W/(m·K)。

8.根据权利要求2所述的换热器，其特征在于，所述保温层(14)由塑料或橡胶制成。

9.一种换热器系统，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的换热器(1)。

10.根据权利要求9所述的换热器系统，其特征在于，还包括切换阀(5)以及低温冷源和高温热源(6)，所述低温冷源和高温热源(6)通过所述切换阀(5)与所述排管(11)连接，以向所述排管(11)通入载冷剂或载热剂。

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