CN113108631B - 一种可切换工况的换热组件及换热器 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种可切换工况的换热组件及换热器，涉及毛细管换热领域，包括，干路管，接入换向阀，一对干路管之间通过毛细管组连通，换向阀用于切换毛细管组内介质流向；毛细管组，包括并联布置第一换热支管和第二换热支管；其中，第一换热支管为双向导通毛细管，第二换热支管为串联有特斯拉阀的单向导通毛细管。采用双向流通毛细管和单向流通毛细管，通过正向流动时和逆向流动时毛细管工作状态的区别，利用换向阀对毛细管内流向进行切换，无需调节阀门开度即可实现对工况的快速切换。

Description

一种可切换工况的换热组件及换热器

技术领域

本公开涉及毛细管换热领域，特别涉及一种可切换工况的换热组件及换热器。

背景技术

毛细管换热器作为换热器的一种，其换热效率较高，应用领域逐渐扩展。但其因管径小，管内介质流速较慢，管内介质能够充分与管外环境进行热交换，提高了其换热效率。

发明人发现，毛细管内流体的压力降低是线性的，随着换热器内并联布置的毛细管数量的增加，部分毛细管会因压降出现截止或倒流，影响换热器整体的换热效率。目前，对于换热器换热效率的调节，多通过阀门开度对干路管流量进行调节，而随着阀门开度降低，毛细管网内部的流动情况也会发生改变，导致换热效率调整不受控，调节开度与实际换热效率无法对应，尤其对于换热效率的比例调节，难以满足换热器对工况快速切换的需求；另外，对于多种工况换热需求相差较大的场景，尤其对于埋设在地铁隧道衬砌内的毛细换热系统，通过调节阀门开度虽然能够实现工况的改变，而在改变工况后的精确调节仍无法实现，调节过程只能依赖于供水干路上的阀门调节，难以满足多工况换热效率的调节需求。

发明内容

本公开的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种可切换工况的换热组件及换热器，采用双向流通毛细管和单向流通毛细管，通过正向流动时和逆向流动时毛细管工作状态的区别，利用换向阀对毛细管内流向进行切换，无需调节阀门开度即可实现对工况的快速切换。

本公开的第一目的是提供一种可切换工况的换热组件，采用以下技术方案：

包括：

干路管，接入换向阀，一对干路管之间通过毛细管组连通，换向阀用于切换毛细管组内介质流向；

毛细管组，包括并联布置第一换热支管和第二换热支管；其中，第一换热支管为双向导通毛细管，第二换热支管为串联有特斯拉阀的单向导通毛细管。

进一步地，沿干路管轴线方向上，所述第一换热支管与第二换热支管依次交替设置。

进一步地，所述毛细管组包括至少一个第一换热支管、至少一个第二换热支管，同一对干路管对应的毛细管组中，第一换热支管轴线、第二换热支管轴线相平行。

进一步地，所述一对干路管对应的两根干路管中，一根作为进液管、另一根作为排液管，换向阀能够切换工位以改变干路管内的介质流向。

进一步地，所述干路管通过换向阀连通供液管和回液管，换向阀为四通换向阀。

进一步地，所述第二换热支管上串联有至少一个特斯拉阀，当同一第二换热支管上设有多个特斯拉阀时，所有特斯拉阀同向布置且依次串联。

进一步地，同一毛细管组对应的所有第二换热支管中，特斯拉阀均同向布置，以使所有第二换热支管均导通或均截止。

进一步地，一对干路管对应的两根干路管的轴线高度不同，第二换热支管导通时的进口端连通位于较低位置的干路管。

进一步地，干路管轴线一侧设有管箍，第一换热支管、第二换热支管配合管箍约束位置。

本公开的第二目的是提供一种换热器，利用如上所述的可切换工况的换热组件。

与现有技术相比，本公开具有的优点和积极效果是：

（1）采用双向流通毛细管和单向流通毛细管，通过正向流动时和逆向流动时毛细管工作状态的区别，利用换向阀对毛细管内流向进行切换，无需调节阀门开度即可实现对工况的快速切换；

（2）通过设置第一换热支管和第二换热支管，第二换热支管具有逆向截止功能，当管内介质逆向流动时，能够将工况调整至换热效率较低状态，结合外部阀门实现该工况下换热效率的进一步调节，同样的，能够将工况调整至换热效率较高的状态；实现不同工况下的换热效率的精确调节；

（3）在小尺寸实现毛细管内介质逆向流动断路时，无移动部件添加，不存在损坏需要更替，更适宜将其使用在如隧道围岩换热系统中的一次性场景；

（4）在第二换热支管处于导通状态时，使得管内杂质沉积在防倒流毛细管换热单元流速较低的支管段，不影响主管段正常流动，克服了毛细管易堵塞的现象，延长了毛细管换热器的使用寿命，逆向流动时能够将支管内的杂质排出后进行截止，达到疏堵后单向导通的效果。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1为本公开实施例1、2中换热组件的结构示意图；

图2为本公开实施例1、2中管箍的结构示意图；

图3为本公开实施例1、2中毛细管组中第二换热支管的结构示意图；

图4为本公开实施例1、2中第二换热支管导通时的示意图；

图5为本公开实施例1、2中第二换热支管截止时的示意图。

图中，1、进口段，2、三通-分段，3、支管段，4、主管段，5、出口段，6、三通-合段，7、进液管，8、排液管，9、第二换热支管，10、第一换热支管，11、管箍。

具体实施方式

实施例1

本公开的一种典型的实施方式中，如图1-图5所示，提出了一种可切换工况的换热组件。

包括干路管、毛细管组，干路管两根为一对，两根干路管之间通过毛细管组连通，一根干路管作为进液管7将介质输入毛细管组内，另一根干路管作为排液管8回收毛细管组输出的介质，毛细管组通过内部介质与外部环境进行热交换。

两根干路管内介质的流向能够发生变化，两根干路管分别接入换向阀的两个接口，换向阀的另外两个接口连通外部供水管和回水管；换向阀通过切换工位，能够使供水管与不同的干路管进行连通，同样的，能够使回水管与不同的干路管进行连通，实现对干路管、毛细管组内介质流向的调整。

如图1所示，两根干路管之间通过毛细管组连通，毛细管组包括并联布置的第一换热支管10和第二换热支管9，介质从一根干路管输入毛细管组，介质经由第一换热支管10、第二换热支管9输送到另一根干路管，在输送过程中，与外部环境进行热交换。

调节换向阀工位后，在干路管内的介质流向也发生改变，为了使其满足换热器工况的快速切换需求，第一换热支管10为双向导通毛细管，第二换热支管9为串联有特斯拉阀的单向导通毛细管。

参照图1、图3，在介质从右侧排液管8经毛细管组流向左侧进液管7时，第一换热支管10、第二换热支管9均处于导通状态，此时，毛细管组的换热量达到最大，此为第一工况；在调整换向阀后，右侧作为排液管8、左侧作为进液管7时，第一换热支管10处于导通状态，第二换热支管9由于单向导通作用处于截止状态，此时毛细管组内只有第一换热支管10处于工作状态，毛细管组整体的换热量小于最大换热量，此为第二工况。

通过调节换向阀的工位，能够对毛细管组的工况进行调节，相较于传统的调节阀门开度，能够更为快速的进行响应；另外，第一工况和第二工况的换热状态可以进行预先测算，得到其对应换热效率比例，能够在第一工况和第二工况之间进行切换，满足换热器对工况快速切换的需求。

具体的，参见图1和图3，沿干路管轴线方向上，所述第一换热支管10与第二换热支管9依次交替设置；毛细管组包括至少一个第一换热支管10、至少一个第二换热支管9，同一对干路管对应的毛细管组中，第一换热支管10、第二换热支管9的数目相等。

在其他实施方式中，所述第一换热支管10、第二换热支管9的数目可以根据两种换热工况的换热效率需求进行确定。

如图1所示，其中第一换热支管有5个，第二换热支管有5个，第一换热支管、第二换热支管对应的中线均平行布置，整体呈平面板件结构，方便将其与外部其他结构进行安装。

当然，也可以对第一换热支管、第二换热支管的形状进行变形，比如将其中线弯折，使其整体呈弧形板形状，适应隧道衬砌的形状，方便将其布置在如隧道衬砌内。

干路管通过换向阀连通供液管和回液管，换向阀为四通换向阀；对应改变工况后的进一步精确调节，还可以在进液管7上布置调节阀门。

通过设置第一换热支管10和第二换热支管9，第二换热支管9具有逆向截止功能，当管内介质逆向流动时，能够将工况调整至换热效率较低状态，结合外部阀门实现该工况下换热效率的进一步调节，同样的，能够将工况调整至换热效率较高的状态；实现不同工况下的换热效率的精确调节。

对于第二换热支管9的具体结构，参照图4、图5，第二换热支管9上串联有至少一个特斯拉阀，当同一第二换热支管9上设有多个特斯拉阀时，所有特斯拉阀同向布置且依次串联。

为了保证同一毛细管组内第二换热支管9的导通或截止状态一致，在本实施例中，同一毛细管组对应的所有第二换热支管9中，特斯拉阀均同向布置，以使所有第二换热支管9均导通或均截止。

对于第二换热支管9中，所串联的特斯拉阀作为防倒流毛细管单元，防倒流毛细管网中防倒流毛细管单元在管网中应形态相同，正向流动的出口接下一单元正向流动的进口，其包括进口段1、三通-分段2、支管段3、主管段4、出口段5和三通-合段6。

毛细管内水从进口段1进入，在三通-分段2分为两支，一支流经支管段3，另一支流经主管段4，两支于三通-合段6汇合，从出口段5流出。其中支管段3为弯管，其余管段均为直管。

根据毛细管内水流动方向，分为正向流动和逆向流动，分别对应图1和图2。当水正向流动时，如图1所示，支管段3出口与三通-合段6、出口段5在一条直线上，主管段4进口与三通-分段2、进口段1在一条直线上；当水逆向流动时，如图2所示，支管段3进口与三通-分段2、进口段1在一条直线上，主管段4与三通-合段6、出口段5在一条直线上。

主管段连通出口段一端位置与支管段的夹角为锐角，主管段连通进口段一端位置与支管段的夹角也为锐角；其中出口段与所连通的支管段一端同轴，进口段与主管段同轴。

在本实施中，对应图2和图1，主管段4连通出口段5一端位置与支管段3的夹角优选为30°，主管段4连通进口段1一端位置与支管段3的夹角优选为45°，两夹角根据水正向流动和逆向流动的所需压力降通过理论计算或者实验分别获得。

当水逆向流动时，支管段出口水流能够有效阻止主管段水流前进；当水正向流动时，支管段不会阻碍主管段水流，反而能够在一定程度上有效促进主管段水流前进。

在本实施中，第二换热支管9对应的毛细管管径为4.3mm×0.85mm，其中所有管段管径相同。

如图3所示，在第二换热支管9中串联多个特斯拉阀形成的防倒流毛细管单元后，当第二换热支管9对应的毛细管内水逆向流动时，其首端和末端的压力差足够大，相当于一个阻断阀门；正向流动时，其首端和末端之间相当于通路。

多个第二换热支管9并联的毛细管单元形成单向毛细管网，实现整体的单向流通，结合多根双向流通的第一换热支管10，利用干路管的供水方向不同，完成换热工况的切换。可两级切换毛细管换热工况，打破了不可拆卸毛细管网换热性能的单一性。

需要特别指出的是，通过改变毛细管的构造，使得毛细管内介质正向流动时压力降与改变构造前相当；但毛细管内介质逆向流动时压力降相对较大，若毛细管足够长，则该通路相当于断路，起到单向阀门的作用，使毛细管能够使用在更多场景。

在第二换热支管9处于导通状态时，随着换热工作的进行，管内杂质沉积在防倒流毛细管换热单元流速较低的支管段，不影响主管段正常流动，克服了毛细管易堵塞的现象，延长了毛细管换热器的使用寿命，逆向流动时能够将支管内的杂质排出后进行截止，达到疏堵后单向导通的效果。

进一步地，一对干路管对应的两根干路管的轴线高度不同，第二换热支管9导通时的进口端连通位于较低位置的干路管；排液管8高度高于进液管7，该倾角应能使管内气体排除管内，具体倾角参考相关设计规范，能够充分排出换热管网内的气体即可。

毛细管组内相邻的第一换热支管10和第二换热支管9的间距通过实验或理论计算获得，本实施例中所选管间距为10mm，毛细管间通过管箍11固定，敷设毛细管网时仅固定住管箍11、进液管7、排液管8即可，如图2所示。管箍11沿毛细管内水流动方向每隔一段距离设置一排，具体间隔根据毛细管网的受力和具体施工条件确定。

采用双向流通毛细管和单向流通毛细管，通过正向流动时和逆向流动时毛细管工作状态的区别，利用换向阀对毛细管内流向进行切换，无需调节阀门开度即可实现对工况的快速切换。

实施例2

本公开的另一典型实施方式中，如图1-图5所示，提出了一种换热器，利用如实施例1中所述的可切换工况的换热组件。

换热器内的换热组件采用如实施例1中的可切换工况的换热组件。

可以理解的是，同一换热器中，可以并联布置多组可切换工况的换热组件，可以将所有的换热组件均通过一个四通换向阀进行控制，实现换热器整体换热效率的调整；

也可以对每组换热组件分别配置一个四通换向阀，通过对换向阀的逐个控制，实现对整体换热器效率更为精确的控制。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可切换工况的换热组件，其特征在于，包括：

干路管，接入换向阀，一对干路管之间通过毛细管组连通，换向阀用于切换毛细管组内介质流向；

毛细管组，包括并联布置第一换热支管和第二换热支管；其中，第一换热支管为双向导通毛细管，第二换热支管为串联有特斯拉阀的单向导通毛细管；

所述特斯拉阀作为防倒流毛细管单元，其包括进口段、三通-分段、支管段、主管段、出口段和三通-合段，进口段通过三通分段连通支管段和主管段，支管段和主管段通过三通-合段连通出口段；主管段连通出口段一端位置与支管段的夹角为锐角，主管段连通进口段一端位置与支管段的夹角也为锐角；其中出口段与所连通的支管段一端同轴，进口段与主管段同轴。

2.如权利要求1所述的可切换工况的换热组件，其特征在于，沿干路管轴线方向上，所述第一换热支管与第二换热支管依次交替设置。

3.如权利要求2所述的可切换工况的换热组件，其特征在于，所述毛细管组包括至少一个第一换热支管、至少一个第二换热支管，同一对干路管对应的毛细管组中，第一换热支管轴线、第二换热支管轴线相平行。

4.如权利要求1所述的可切换工况的换热组件，其特征在于，所述一对干路管对应的两根干路管中，一根作为进液管、另一根作为排液管，换向阀能够切换工位以改变干路管内的介质流向。

5.如权利要求4所述的可切换工况的换热组件，其特征在于，所述干路管通过换向阀连通供液管和回液管，换向阀为四通换向阀。

6.如权利要求1所述的可切换工况的换热组件，其特征在于，所述第二换热支管上串联有至少一个特斯拉阀，当同一第二换热支管上设有多个特斯拉阀时，所有特斯拉阀同向布置且依次串联。

7.如权利要求6所述的可切换工况的换热组件，其特征在于，同一毛细管组对应的所有第二换热支管中，特斯拉阀均同向布置，以使所有第二换热支管均导通或均截止。

8.如权利要求1所述的可切换工况的换热组件，其特征在于，一对干路管对应的两根干路管的轴线高度不同，第二换热支管导通时的进口端连通位于较低位置的干路管。

9.如权利要求1所述的可切换工况的换热组件，其特征在于，干路管轴线一侧设有管箍，第一换热支管、第二换热支管配合管箍约束位置。

10.一种换热器，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的可切换工况的换热组件。

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