CN206450120U - 一种可调传热系数的不结霜复合换热管 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及复合换热管技术领域，具体地说是一种可调传热系数的不结霜复合换热管，其设有换热管管体，特征在于所述的换热管管体的外侧套有同轴线的外管体，外管体的内径至少比换热管管体的外径大0.01mm，使外管体与内部的换热管管体之间的缝隙形成夹层腔，外管体的两端分别设有膨胀节，膨胀节的内端的与外管体相连接，外端与换热管管体相连接，其中一个膨胀节的节体上设有进气口，进气口与气压调节装置相连接，气压调节装置的内部设有控制器、微型高压储气罐、真空泵和电磁阀，气压调节装置的外部设有测量外部空气的温湿度传感器和测量传热管外管体外壁温度的温度传感器，具有传热系数可调、气化器表面不结霜、换热效率高等优点。

Description

一种可调传热系数的不结霜复合换热管

技术领域

本发明涉及复合换热管技术领域，具体地说是一种结构简单、传热系数可调、气化器表面不结霜、换热效率高的可调传热系数的不结霜复合换热管。

背景技术

众所周知，大多数情况下，人们希望是换热管传热强度越大越好，所以采用各种强化传热措施以增加传热效果。但空温式气化器作为一种换热器，液化气体向空气的传热强度过大，会造成换热管外结霜严重，特别是在潮湿天气里。空温式气化器是一种利用环境空气为热源，把低温液化气体转化为常温气体的一种设备，例如将液氮（-196℃）或液化天然气升温到常温气体。气化器工作时与空气发生热量交换，液化气体升温，空气降温。由于低温液化气体的温度很低，在气化器的初始段会随着工作时间延长而出现结冰结霜现象，特别是在雨雪天气空气相对湿度大的时候更加严重。当气化器换热管外结冰结霜形成后，气化器换热效率大大降低，气化能力迅速下降，在夏季需要停运气化器进行融冰，冬季需要停运气化器和人工辅助手段除冰，气化器无法持续稳定的工作。为满足需要的气化量，用户需要配置更大面积的气化器或采用辅助热源加热，以满足不同天气状况气化能力的需要，这大大增加了投资费用和管理维护费用。

发明内容

本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种结构简单、传热系数可调、气化器表面不结霜、换热效率高的可调传热系数的不结霜复合换热管。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种可调传热系数的不结霜复合换热管，设有换热管管体，其特征在于所述的换热管管体的外侧套有同轴线的外管体，外管体的内径至少比换热管管体的外径大0.01mm，使外管体与内部的换热管管体之间的缝隙形成夹层腔，外管体的两端分别设有凸出的起缓冲作用的膨胀节，膨胀节的内端与外管体相连接，外端与换热管管体相连接，所述的凸出的膨胀节的外径至少为10mm，膨胀节的内端与外端的间距至少为5mm，其中一个膨胀节的节体上设有进气口，进气口与气压调节装置相连接，气压调节装置的内部设有控制器、微型高压储气罐、真空泵和电磁阀，所述的微型高压储气罐的出气口经电磁阀、导气管与膨胀节上的进气口相连通，微型高压储气罐内设有导热气体，微型高压储气罐上设有注入导热气体的注气阀，所述的真空泵的进口经电磁阀、导气管与膨胀节上的进气口相连通，控制器分别控制与真空泵相连接的电磁阀和与微型高压储气罐连接的电磁阀，所述的气压调节装置的外部设有测量外部空气的温湿度传感器和测量传热管外管体外壁温度的温度传感器，测量传热管外管体外壁温度的温度传感器设在外管体外壁上，测量外部空气的温湿度传感器裸露在空气内，温湿度传感器和温度传感器分别与气压调节装置内的控制器相连接，所述的控制器内置不同温度湿度下的露点温度数值对照表，控制器将外部的温湿度传感器和外管体外壁上的温度传感器测量的温度信号与温度数值对照表进行比对，发出对于真空泵连接的电磁阀和与微型高压储气罐连接的电磁阀的动作指令，从而通过真空泵和微型高压储气罐工作控制导热气体在夹层腔内的密度进而控制导热气体在夹层腔内的压力，最终改变导热热阻。

本发明所述的夹层腔的厚度为0.1~0.5mm，在此厚度的情况下导热气体不会发生对流传热，只能通过热传导的方式传热。

本发明所述的高压储气罐内的气体为导热系数大于空气导热系数的高导热系数气体，通过改变气体的压力和密度进而改变夹层腔内的热阻，从而可以方便灵活的控制符合换热管的传热系数和传热量。

本发明所述的换热管管体和外管体之间设有导热系数小于0.3w/(m.k)的隔环，隔环宽度小于5mm，隔环保证换热管管体和外管体之间不发生接触，并且不因为设有隔环的存在破坏原始的导热系数。

本发明所述的相邻隔环之间的距离为500mm~800mm，保证支撑效果的同时又能防止隔环对导热系数的影响。

本发明所述的外管体采用可扩展面积的换热管，可增大换热管的换热性能。

本发明所述的高压储气罐内的气体为He，进而夹层腔内形成氦气导热气体层，标准状况下的氦气的导热系数为0.146w/(m.k)，是空气的6.4倍，采用He做为导热气体可以使换热系数调节范围更大，从而结构更加紧凑。

本发明所述的高压储气罐内的气体为H2，进而夹层腔内形成氢气导热气体层，标准状况下氢气的导热系数为0.174w/(m.k)，是空气的7.5倍，采用H2做为导热气体可以使换热系数调节范围更大，从而结构更加紧凑。

本发明所述的凸出的膨胀节的外径为20mm~28mm，膨胀节的内端与外端的间距为6mm~8mm，此范围内的膨胀节保证了夹层腔内气体密度变化流畅，不会出现骤变现象。

本发明所述隔环采用环氧树脂或聚四氟乙烯材质，更好的体现隔环的支撑作用，而不会影响整体的隔环作用。

本发明由于所述的换热管管体的外侧套有同轴线的外管体，外管体的内径至少比换热管管体的外径大0.01mm，使外管体与内部的换热管管体之间的缝隙形成夹层腔，外管体的两端分别设有凸出的起缓冲作用的膨胀节，膨胀节的内端与外管体相连接，外端与换热管管体相连接，所述的凸出的膨胀节的外径至少为10mm，膨胀节的内端与外端的间距至少为5mm，其中一个膨胀节的节体上设有进气口，进气口与气压调节装置相连接，气压调节装置的内部设有控制器、微型高压储气罐、真空泵和电磁阀，所述的微型高压储气罐的出气口经电磁阀、导气管与膨胀节上的进气口相连通，微型高压储气罐内设有导热气体，微型高压储气罐上设有注入导热气体的注气阀，所述的真空泵的进口经电磁阀、导气管与膨胀节上的进气口相连通，控制器分别控制与真空泵相连接的电磁阀和与微型高压储气罐连接的电磁阀，所述的气压调节装置的外部设有测量外部空气的温湿度传感器和测量传热管外管体外壁温度的温度传感器，测量传热管外管体外壁温度的温度传感器设在外管体外壁上，测量外部空气的温湿度传感器裸露在空气内，温湿度传感器和温度传感器分别与气压调节装置内的控制器相连接，所述的控制器内置不同温度湿度下的露点温度数值对照表，控制器将外部的温湿度传感器和外管体外壁上的温度传感器测量的温度信号与温度数值对照表进行比对，发出对于真空泵连接的电磁阀和与微型高压储气罐连接的电磁阀的动作指令，从而通过真空泵和微型高压储气罐工作控制导热气体在夹层腔内的密度进而控制导热气体在夹层腔内的压力，最终改变导热热阻，具有结构简单、传热系数可调、气化器表面不结霜、换热效率高等优点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1的局部放大图。

图3是图1的剖面图。

图4是外管的结构图，其中，（1）是星形翅片管，（2）是钢铝复合翅片管。

图5是气压调节装置的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明：

如附图所示，一种可调传热系数的不结霜复合换热管，设有换热管管体1，其特征在于所述的换热管管体1的外侧套有同轴线的外管体2，外管体2的内径至少比换热管管体1的外径大0.01mm，使外管体2与内部的换热管管体1之间的缝隙形成夹层腔5，外管体2的两端分别设有凸出的起缓冲作用的膨胀节3，膨胀节3的内端与外管体2相连接，外端与换热管管体1相连接，所述的凸出的膨胀节的外径至少为10mm，膨胀节的内端与外端的间距至少为5mm，其中一个膨胀节3的节体上设有进气口，进气口与气压调节装置7相连接，气压调节装置7的内部设有控制器11、微型高压储气罐9、真空泵10和电磁阀，所述的微型高压储气罐9的出气口经电磁阀12、导气管6与膨胀节3上的进气口相连通，微型高压储气罐9内设有导热气体，微型高压储气罐9上设有注入导热气体的注气阀14，导热气体可经注气阀14充入微型高压储气罐内，所述的真空泵10的进口经电磁阀13、导气管6与膨胀节3上的进气口相连通，控制器11分别控制与真空泵10相连接的电磁阀13和与微型高压储气罐9连接的电磁阀12，所述的气压调节装置7的外部设有测量外部空气的温湿度传感器8和测量传热管外管体外壁温度的温度传感器15，测量传热管外管体外壁温度的温度传感器15设在外管体2外壁上，测量外部空气的温湿度传感器8裸露在空气内，温湿度传感器8和温度传感器15分别与气压调节装置7内的控制器11相连接，所述的控制器11内置不同温度湿度下的露点温度数值对照表，控制器11将外部的温湿度传感器8和外管体2外壁上的温度传感器15测量的温度信号与温度数值对照表进行比对，发出对于真空泵10连接的电磁阀13和与微型高压储气罐9连接的电磁阀12的动作指令，从而通过真空泵10和微型高压储气罐9工作控制导热气体在夹层腔5内的密度进而控制导热气体在夹层腔5内的压力，最终改变导热热阻，气压调节装置7根据参数的变化，自动调节导热气体的压力，使首级符合换热管表面刚好不结霜，带到最大传热状态，对于温湿度传感器8、温度传感器15和气压调节装置7的各组成部分的结构及它们之间的相互连接关系与现有技术相同，此不赘述，所述的夹层腔5的厚度为0.1~0.5mm，在此厚度的情况下导热气体不会发生对流传热，只能通过热传导的方式传热，所述的高压储气罐内的气体为导热系数大于空气导热系数的高导热系数气体，通过改变气体的压力和密度进而改变夹层腔5内的热阻，从而可以方便灵活的控制符合换热管的传热系数和传热量，所述的换热管管体1和外管体2之间设有低导热系数的隔环4，隔环采用环氧树脂或聚四氟乙烯材质，隔环宽度小于5mm，导热系数小于0.3w/(m.k)，隔环4保证换热管管体1和外管体2之间不发生接触，并且不因为设有隔环4的存在破坏原始的导热系数，所述的相邻隔环4之间的距离为500mm~800mm，保证支撑效果的同时又能防止隔环4对导热系数的影响，所述的外管体2可采用光管、星形翅片管【图4中（1）】、钢铝复合翅片管【图4中（2）】等扩展面积的换热管，可增大换热管的换热性能，所述的高压储气罐内的气体为He，进而夹层腔5内形成氦气导热气体层，标准状况下的氦气的导热系数为0.146w/(m.k)，是空气的6.4倍，采用He做为导热气体可以使换热系数调节范围更大，从而结构更加紧凑，所述的高压储气罐内的气体为H2，进而夹层腔5内形成氢气导热气体层，标准状况下氢气的导热系数为0.174w/(m.k)，是空气的7.5倍，采用H2做为导热气体可以使换热系数调节范围更大，从而结构更加紧凑，所述的凸出的膨胀节的外径为20mm~28mm，膨胀节的内端与外端的间距为6mm~8mm，此范围内的膨胀节保证了夹层腔内气体密度变化流畅，不会出现骤变现象。

本发明为解决上述问题所提供的技术方案的原理是：气体在较大空间内传热以对流换热为主，而在一个狭小的圆筒夹层内，由于受到边界层的影响，夹层腔5内气体不能自然流动换热，只能通过热传导方式进行，例如双层中空玻璃就是两个平板间利用气体的低导热系数达到保温效果，在绝对真空状态时不存在气体分子，导热系数趋于零，而随着压力升高气体导热系数也逐渐变大，在常温常压下，He和H2的导热系数是空气的6～7倍，如果夹层厚度做到很薄并注入高导热气体，那么夹层的热阻就会变得很小而忽略；当把夹层抽成真空时，夹层的热阻又会变得很大而决定着复合换热管的总热阻，利用气体在真空到高压状态导热系数由小变大的这一规律，对夹层气体的热阻进行控制，从而可以方便灵活的控制复合换热管的传热系数和传热量，从而控制外管外表面温度，达到表面不结霜的目的，利用气体压力和密度变化可以改变气体导热系数的性质，调节改变复合换热管的传热系数，调节外管的表面温度，达到外管表面不结霜的目的，由于高导热气体夹层很薄，换热管管体和外管体之间只通过气体导热传热，调节气体压力可以任意调节夹层的热阻，复合换热管的总热阻就可以任意调节，从而达到外管表面不结霜的目的。

本发明中气压调节装置内部的控制器内置了不同温度、湿度下的露点温度数值对应表，控制器可将温度、湿度这两个参数查出的最接近的露点温度，再将查出的露点温度与测量换热管外壁温度比对（如表1）；

表1：

当露点温度高于换热管外壁温度，说明换热管外表面已经结霜结冰，需调低传热系数，控制器11自动开启调节电磁阀13和真空泵10开启，逐步降低导热气体的压力，从而降低换热管的传热系数；当测量换热管外壁温度略高于露点温度时，控制器11则控制关闭电磁阀13和真空泵10，使首级符合换热管表面刚好不结霜；当露点温度低于换热管外壁温度很大时，说明换热管传热系数较低，控制器自动开启调节电磁阀12，微型高压储气罐9内的导热气体就会注入到换热管夹层内，逐步提高导热气体的压力，从而提高换热管的传热系数；当测量换热管外壁温度略高于露点温度时，控制器11则控制关闭电磁阀12，使首级符合换热管表面刚好不结霜；达到最大传热状态。例如表1中，当传感器温湿度传感器8检测到环境干球温度为-14.5℃、相对湿度为21%时，查出该参数相邻的表1中的四个值：-14℃时25%湿度的露点温度-29.5℃、-16℃时25%湿度的露点温度-31.1℃、-14℃时20%湿度的露点温度-31.7℃、-16℃时20%湿度的露点温度-33.3℃，再使用数学上的插入计算法，计算出干球温度为-14.5℃、相对湿度为21%时的露点温度为-31.6℃。此时，如果温度传感器15检测到传热管外管体外壁温度为-35.6℃，低于露点温度为-31.6℃，说明传热管外管体外壁已经结冰结霜，需要通过气压调节装置7来调高传热管外管体外壁温度，直至低于露点温度-31.6℃以上2℃（安全余量）即-29.6℃，停止调节；如果温度传感器15检测到传热管外管体外壁温度为-23.2℃，高于露点温度为-31.6℃，说明传热管外管体外壁没有结冰结霜，但没有达到最高传热系数，则通过气压调节装置7来调低传热管外管体外壁温度，直至低于露点温度-31.6℃以上2℃（安全余量）即-29.6℃，停止调节，以达到最高传热效果。气压调节装置7设置定时自动检测，并自动调节换热管传热系数。

本发明由于所述的换热管管体1的外侧套有同轴线的外管体2，外管体2的内径至少比换热管管体1的外径大0.01mm，使外管体2与内部的换热管管体1之间的缝隙形成夹层腔5，外管体2的两端分别设有凸出的起缓冲作用的膨胀节3，膨胀节3的内端与外管体2相连接，外端与换热管管体1相连接，所述的凸出的膨胀节的外径至少为10mm，膨胀节的内端与外端的间距至少为5mm，其中一个膨胀节3的节体上设有进气口，进气口与气压调节装置7相连接，气压调节装置7的内部设有控制器11、微型高压储气罐9、真空泵10和电磁阀，所述的微型高压储气罐9的出气口经电磁阀12、导气管6与膨胀节3上的进气口相连通，微型高压储气罐9内设有导热气体，微型高压储气罐9上设有注入导热气体的注气阀14，导热气体可经注气阀14充入微型高压储气罐内，所述的真空泵10的进口经电磁阀13、导气管6与膨胀节3上的进气口相连通，控制器11分别控制与真空泵10相连接的电磁阀13和与微型高压储气罐9连接的电磁阀12，所述的气压调节装置7的外部设有测量外部空气的温湿度传感器8和测量传热管外管体外壁温度的温度传感器15，测量传热管外管体外壁温度的温度传感器15设在外管体2外壁上，测量外部空气的温湿度传感器8裸露在空气内，温湿度传感器8和温度传感器15分别与气压调节装置7内的控制器11相连接，所述的控制器11内置不同温度湿度下的露点温度数值对照表，控制器11将外部的温湿度传感器8和外管体2外壁上的温度传感器15测量的温度信号与温度数值对照表进行比对，发出对于真空泵10连接的电磁阀13和与微型高压储气罐9连接的电磁阀12的动作指令，从而通过真空泵10和微型高压储气罐9工作控制导热气体在夹层腔5内的密度进而控制导热气体在夹层腔5内的压力，最终改变导热热阻，膨胀节3一方面起到消除换热管管体1和外管体2因为温度不同造成的温差应力的作用，另一方面起到减少外管体2向换热管管体1导热的作用，复合管热管是换热的基本原件，可由多根或多组组成，气压调节装置对复合换热管的每根或每组调节，气压调节装置根据汽化器复合换热管的复合换热管外表面温度参数，分别调节各组的导热热阻，使各组复合换热管表面刚好不结霜，达到汽化器整体的最大传热状态，具有结构简单、传热系数可调、气化器表面不结霜、换热效率高等优点。

Claims (10)

1.一种可调传热系数的不结霜复合换热管，设有换热管管体，其特征在于所述的换热管管体的外侧套有同轴线的外管体，外管体的内径至少比换热管管体的外径大0.01mm，使外管体与内部的换热管管体之间的缝隙形成夹层腔，外管体的两端分别设有凸出的起缓冲作用的膨胀节，膨胀节的内端与外管体相连接，外端与换热管管体相连接，所述的凸出的膨胀节的外径至少为10mm，膨胀节的内端与外端的间距至少为5mm，其中一个膨胀节的节体上设有进气口，进气口与气压调节装置相连接，气压调节装置的内部设有控制器、微型高压储气罐、真空泵和电磁阀，所述的微型高压储气罐的出气口经电磁阀、导气管与膨胀节上的进气口相连通，微型高压储气罐内设有导热气体，微型高压储气罐上设有注入导热气体的注气阀，所述的真空泵的进口经电磁阀、导气管与膨胀节上的进气口相连通，控制器分别控制与真空泵相连接的电磁阀和与微型高压储气罐连接的电磁阀，所述的气压调节装置的外部设有测量外部空气的温湿度传感器和测量传热管外管体外壁温度的温度传感器，测量传热管外管体外壁温度的温度传感器设在外管体外壁上，测量外部空气的温湿度传感器裸露在空气内，温湿度传感器和温度传感器分别与气压调节装置内的控制器相连接。

2.根据权利要求1所述的一种可调传热系数的不结霜复合换热管，其特征在于所述的夹层腔的厚度为0.1~0.5mm。

3.根据权利要求1所述的一种可调传热系数的不结霜复合换热管，其特征在于所述的高压储气罐内的气体为导热系数大于空气导热系数的高导热系数气体。

4.根据权利要求1所述的一种可调传热系数的不结霜复合换热管，其特征在于所述的换热管管体和外管体之间设有导热系数低于0.3w/(m.k)的隔环，隔环宽度小于5mm。

5.根据权利要求4所述的一种可调传热系数的不结霜复合换热管，其特征在于所述的相邻隔环之间的距离为500mm~800mm。

6.根据权利要求1所述的一种可调传热系数的不结霜复合换热管，其特征在于所述的外管体采用可扩展面积的换热管。

7.根据权利要求1或3所述的一种可调传热系数的不结霜复合换热管，其特征在于所述的高压储气罐内的气体为He。

8.根据权利要求1或3所述的一种可调传热系数的不结霜复合换热管，其特征在于所述的高压储气罐内的气体为H₂。

9.根据权利要求1所述的一种可调传热系数的不结霜复合换热管，其特征在于所述的凸出的膨胀节的外径为20mm~28mm，膨胀节的内端与外端的间距为6mm~8mm。

10.根据权利要求4所述的一种可调传热系数的不结霜复合换热管，其特征在于所述隔环采用环氧树脂或聚四氟乙烯材质。