CN112240655A - 一种可自动除霜或除冰的换热器 - Google Patents

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，包括盘管和翅片板。盘管内能够通入载冷剂，且盘管盘绕在同一平面内。翅片板包括第一翅片板和第二翅片板，第一翅片板包围着盘管且与盘管在同一平面内，第二翅片板包围着第一翅片板且与第一翅片板在同一平面内。第二翅片板的导热系数小于第一翅片板和盘管的导热系数。第一翅片板和盘管的表面均涂覆有疏水层，疏水层为疏水涂层或疏水油膜。由于第二翅片板的导热系数较低，在释冷工况下可使盘管和翅片板两边的霜层或冰层分隔，防止霜层或冰层对换热器进行全面包裹，同时疏水层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：

盘管和翅片板，所述盘管内能够通入载冷剂，且所述盘管盘绕在同一平面内；

所述翅片板包括第一翅片板和第二翅片板，所述第一翅片板与所述盘管连接且包围着所述盘管，所述第一翅片板与所述盘管在同一平面内，所述第二翅片板包围着第一翅片板且与所述第一翅片板拼接在同一平面内；

所述第二翅片板的导热系数小于所述第一翅片板的导热系数和所述盘管的导热系数；

所述第一翅片板的表面和所述盘管的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。

作为优选地，所述换热器还包括上保温层，所述上保温层覆盖在所述盘管和所述翅片板的上表面上，所述上保温层的导热系数小于所述盘管和所述第一翅片板的导热系数。

作为优选地，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。

作为优选地，所述疏水油膜为动物油油膜、植物油油膜或白油油膜等食品级油膜。

作为优选地，所述换热器还包括载冷剂出入口和出入口保温层，所述盘管的两端为所述载冷剂出入口，所述出入口保温层包裹所述载冷剂出入口，所述出入口保温层的导热系数小于所述盘管和所述第一翅片板的导热系数。

作为优选地，所述盘管的中部呈蛇形盘绕，所述盘管的两端相互靠近。

作为优选方案，所述盘管的导热系数为5-500W/(m·K)；和/或

所述第一翅片板的导热系数为5-500W/(m·K)；和/或

所述第二翅片板的导热系数为0.01-0.3W/(m·K)。

作为优选方案，所述盘管由铜、铝或不锈钢材料制成；和/或

所述第一翅片板由铜、铝或不锈钢材料制成；和/或

所述第二翅片板由塑料或橡胶制成。

作为优选方案，所述出入口保温层的导热系数为 0.01-0.3W/(m·K)。

作为优选方案，所述出入口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，当制冷时，盘管通入载冷剂，进行释冷，由于第二翅片板小于盘管和第一翅片板的导热系数且位于翅片板外围，所以第二翅片板上面的霜或冰层生长速度很缓慢，且第二翅片板具有一定宽度，盘管和翅片板两边的相变固体物质一般不能越过第二翅片板的边缘连接成一块，因此第二翅片板起着隔离作用；由于第一翅片板和盘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，当盘管和第一翅片板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翅片板和盘管表面的粘附力，就会自动从第一翅片板和盘管的表面上脱落，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)第一翅片板的导热系数较高，能够有效增大换热面积，提高换热效率； (2)第二翅片板的导热系数较低，第二翅片板具有隔离作用，从而在制冷时使盘管和翅片板两边的霜或冰层分隔，避免形成环状霜或冰层，防止霜或冰对换热器进行全面包裹；(3)盘管与第一翅片板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在第一角度下的结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的可自动除霜或除冰的换热器在第二角度下的结构示意图；

图3是图2中A-A处的剖视图；

图4是图3中B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6是本发明实施例三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-盘管；12-翅片；121-第一翅片板；122-第二翅片板；13-载冷剂出入口；14-出入口保温层；15-疏水层；16-上保温层；

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，包括盘管11和翅片板12。其中，盘管11内能够通入载冷剂，且盘管11盘绕在同一平面内。翅片板12包括第一翅片板121和第二翅片板122，第一翅片板121与盘管11连接且包围着盘管11，第一翅片板121与盘管11在同一平面内，第二翅片板122包围着第一翅片板121且与第一翅片板121拼接在同一平面内。第二翅片板122的导热系数小于第一翅片板121的导热系数和盘管11的导热系数。第一翅片板121的表面和盘管11的表面均涂覆有微米或纳米级的疏水层15，疏水层15为疏水涂层或疏水油膜。本实施例中的载冷剂为制冷剂。

本实施例提供的可自动除霜或除冰的换热器1，当制冷时，盘管 11通入载冷剂，进行释冷，由于距离盘管11较远的第二翅片板122 的导热系数小于盘管11的导热系数和第一翅片板121的导热系数，且位于翅片板12的最外侧，所以第二翅片板122上面的霜层或冰层生长速度很缓慢，且第二翅片板122具有一定宽度，盘管11和第一翅片板121两边的霜层或冰层一般不能越过第二翅片板122的顶部连接成一块，因此第二翅片板122起着隔离作用，防止霜层或冰层对换热器的整体包裹。

由于第一翅片板121和盘管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，当盘管11和第一翅片板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翅片板121和盘管11的表面粘附力，就会自动从第一翅片板121和盘管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)第一翅片板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)第二翅片板122的导热系数较低，第二翅片板122 具有隔离作用，从而在释冷工况下使盘管11和翅片板12两边的霜层或冰层分隔，避免形成环状霜层或冰层，防止霜层或冰层对盘管11 和翅片板12进行全面包裹；(3)盘管11与第一翅片板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)由于换热管1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，盘管11的中部呈蛇形盘绕，盘管11的两端相互靠近。当然，在其他实施例中，盘管11还可呈螺旋形盘绕等，在此不做限制。

可选地，盘管11的导热系数为5-500W/(m·K)。盘管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，盘管11由铜、铝或不锈钢材料制成。具体地，在本实施例中，盘管11由铜制成。

可选地，第一翅片板121与盘管11一体成型或第一翅片板121 与盘管11焊接连接。具体地，在本实施例中，第一翅片板121的外轮廓呈矩形。

可选地，第二翅片板122与第一翅片板121的顶部粘合或拼接。具体地，在本实施例中，第二翅片板122的外轮廓呈矩形。

可选地，第一翅片板121的导热系数为5-500W/(m·K)。第一翅片板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，第二翅片板122的导热系数为0.01-0.3W/(m·K)。第二翅片板122的导热系数较低，有利于防止盘管11两边的相变固体物质越过第二翅片板122顶部连接成一块，起着隔离作用。

可选地，第一翅片板121由铜、铝或不锈钢材料制成。具体地，在本实施例中，第一翅片板121由铝材料制成。

可选地，第二翅片板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，第二翅片板 122由聚乙烯制成。

具体地，换热器1还包括载冷剂出入口13和出入口保温层14，盘管11的两端为载冷剂出入口13，出入口保温层14包裹载冷剂出入口13，出入口保温层14的导热系数小于盘管11和第一翅片板121 的导热系数。

可选地，出入口保温层14的导热系数为0.01-0.3W/(m·K)。出入口保温层14的导热系数较低，这样可以有效地防止翅片板12上的霜层或冰层与载冷剂出入口13的霜层或冰层粘连成一块，便于翅片板12和盘管11上的霜层或冰层的自动脱落。

可选地，出入口保温层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

如图5所示，本实施例提供另外一种换热器1，本实施例提供的换热器1与实施例一的区别之处在于在实施例一的基础上增设了上保温层16。具体地，换热器1还包括上保温层16，上保温层16覆盖在盘管11和翅片板12的上表面上，上保温层16的导热系数小于盘管11和第一翅片板121的导热系数。需要指出的是，由于上保温层 16覆盖在盘管11和翅片板12的上表面，所以此时仅对盘管11和第一翅片板121的下表面上覆盖疏水层15即可。

当换热器1竖直放置时，即换热器1的板面在竖直平面内时，板面上的霜层或冰层容易在重力的作用下脱落。但是，当空间限制，需要将换热器1水平放置时，即需要使换热器1的板面在水平面内时，板面上的霜层或冰层将不容易在重力的作用下脱落。如果水平放置的换热器1的上表面制冷覆有霜或冰层时，有除冰或霜工况时难于通过自身重量脱落，而且还会消耗脱冰或霜工况时输入的热量，使得设备能耗过高，因此通过设置上保温层16可以避免换热器1的上表面覆盖冰或霜层。

实施例三

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6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，基于实施例二提供的换热器1，该系统可以应用在冰箱或冰柜等制冷设备中。本实施例提供的可控自动除霜或除冰的换热器系统包括换热器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与盘管11连接，以向盘管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，使低温冷源与盘管11连通，以向盘管11 通入载冷剂；当脱冰工况时，通过切换阀2的切换，使高温热源与盘管11连通，以向盘管11通入载热剂。

需要指出的是，本实施例中的换热器1与实施例二中的换热器1 基本原理相同，仅在外形上稍有差别，本实施例中，换热器1的载冷剂出入口13的一侧呈折弯状。

在换热器1上表面覆盖有上保温层16。如果换热器1上表面制冷时覆有霜或冰层时，有除冰或霜工况时难于通过自身重量脱落，而且还会消耗脱冰或霜工况时输入的热量，使得设备能耗过高，因此通过设置上保温层16避免换热器1上表面覆盖冰或霜层。

在换热器1下表面的盘管11和第一翅片板121上同样覆盖有疏水涂层或疏水油膜，与实施例一所起的作用相同。

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：

盘管(11)和翅片板(12)，所述盘管(11)内能够通入载冷剂，且所述盘管(11)盘绕在同一平面内；

所述翅片板(12)包括第一翅片板(121)和第二翅片板(122)，所述第一翅片板(121)与所述盘管(11)连接且包围着所述盘管(11)，所述第一翅片板(121)与所述盘管(11)在同一平面内，所述第二翅片板(122)包围着第一翅片板(121)且与所述第一翅片板(121)拼接在同一平面内；

所述第二翅片板(122)的导热系数小于所述第一翅片板(121)的导热系数和所述盘管(11)的导热系数；

所述第一翅片板(121)的表面和所述盘管(11)的表面均涂覆有微米或纳米级的疏水层(15)，所述疏水层(15)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，所述换热器(1)还包括上保温层(16)，所述上保温层(16)覆盖在所述盘管(11)和所述翅片板(12)的上表面上，所述上保温层(16)的导热系数小于所述盘管(11)和所述第一翅片板(121)的导热系数。

3.根据权利要求1或2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。

4.根据权利要求1或2所述的可自动除霜或除冰的换热器，其特征在于，所述疏水油膜为动物油油膜、植物油油膜或白油油膜等食品级油膜。

5.根据权利要求1或2所述的可自动除霜或除冰的换热器，其特征在于，所述换热器(1)还包括载冷剂出入口(13)和出入口保温层(14)，所述盘管(11)的两端为所述载冷剂出入口(13)，所述出入口出入口保温层(14)包裹所述载冷剂出入口(13)，所述出入口保温层(14)的导热系数小于所述盘管(11)和所述第一翅片板(121)的导热系数。

6.根据权利要求1或2所述的可自动除霜或除冰的换热器，其特征在于，所述盘管(11)的中部呈蛇形盘绕，所述盘管(11)的两端相互靠近。

7.根据权利要求1或2所述的可自动除霜或除冰的换热器，其特征在于，所述盘管(11)的导热系数为5-500W/(m·K)；和/或

所述第一翅片板(121)的导热系数为5-500W/(m·K)；和/或

所述第二翅片板(122)的导热系数为0.01-0.3W/(m·K)。

8.根据权利要求1或2所述的可自动除霜或除冰的换热器，其特征在于，所述盘管(11)由铜、铝或不锈钢材料制成；和/或

所述第一翅片板(121)由铜、铝或不锈钢材料制成；和/或

所述第二翅片板(122)由塑料或橡胶制成。

9.根据权利要求5所述的可自动除霜或除冰的换热器，其特征在于，所述出入口保温层(14)的导热系数为0.01-0.3W/(m·K)。

10.根据权利要求5所述的可自动除霜或除冰的换热器，其特征在于，所述出入口保温层(14)由塑料或橡胶制成。

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