CN211233511U - 一种二氧化碳速冻系统的换热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种二氧化碳速冻系统的换热器，涉及换热器技术领域。本实用新型包括导热管和多个翅片；多个翅片并排设置；导热管穿设在多个翅片中，且导热管呈连续的S形；导热管包括交替设置且依次首尾相连的多个直管段和多个U形盘管，相邻两个直管段之间的距离为26㎜‑28㎜，相邻两个U形盘管之间的距离为30㎜‑32㎜；导热管的外管径为8㎜‑10㎜，管壁厚度为0.4㎜‑0.6㎜。本实用新型根据二氧化碳的特性，采用小管径的导热管，能有效减小风阻，增加循环风量，并能减少所需的二氧化碳灌注量。

Description

一种二氧化碳速冻系统的换热器

技术领域

本实用新型涉及换热器技术领域，具体涉及一种二氧化碳速冻系统的换热器。

背景技术

速冻系统广泛应用于食品加工行业，可在短时间内，将食品中心温度降低到冻结点以下(通常是-18℃以下)。对食品进行速冻处理可以最大限度减少食品营养成分流失，在长时间运输或储存过程中，保留食品原有的天然品质。

传统的速冻系统采用氟或氨作为制冷剂，能耗很高，并且氟和氨均具有毒性，在速冻食品的过程中存在着一定的安全隐患。

二氧化碳制冷由于在-25℃～-45℃的低温段具有显著能效优势，逐渐成为食品速冻的主要制冷方式。速冻系统通常包含压缩机、冷凝器、节流元件和换热器四个机件，四个机件构成一个循环回路，制冷剂在该循环回路内循环流动。换热器包括翅片以及穿设在翅片上的导热管，二氧化碳在导热管内流动，气流在翅片间流动，二氧化碳与气流通过导热管的管壁进行换热，降低气流的温度。由此可见，换热器作为二氧化碳与外界的换热机件，对于速冻系统的换热量及换热效率有着很大的影响。

现有的二氧化碳制冷系统中的换热器，多采用传统的氟氨制冷系统的换热器，换热器内的导热管的管径通常为12㎜-16㎜，管径较大。大管径的导热管会存在以下的问题：

其一，当气流流经导热管外侧时，大管径的导热管具有较大的阻挡面积，存在着较大的风阻，给气流的流动带来阻碍，使得循环风量减少。

其二，导热管的管径较大，横截面积也较大，使得所需的二氧化碳灌注量较大，导致二氧化碳制冷系统需要注入较多的二氧化碳。

综上所述，现有技术中的换热器能适用于传统的氟/氨制冷剂速冻系统，但应用于二氧化碳速冻系统中，还存在着一定的缺陷，因此，设计一种专用于二氧化碳速冻系统的换热器，以优化二氧化碳速冻系统的整体性能，是很有必要的。

实用新型内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本实用新型目的在于提供一种二氧化碳速冻系统的换热器。本实用新型根据二氧化碳的特性，采用小管径的导热管，能有效减小风阻，增加循环风量，并能减少所需的二氧化碳灌注量。

本实用新型所述的一种二氧化碳速冻系统的换热器，包括导热管和多个翅片；所述多个翅片并排设置；所述导热管穿设在所述多个翅片中，且所述导热管呈连续的S形；所述导热管包括交替设置且依次首尾相连的多个直管段和多个U形盘管，相邻两个所述直管段之间的距离为26㎜-28㎜，相邻两个所述U形盘管之间的距离为30㎜-32㎜；所述导热管的外管径为8㎜-10㎜，管壁厚度为0.4㎜-0.6㎜。

优选地，所述翅片垂直于所述直管段，相邻两个所述翅片之间的间距为5㎜-10㎜。

优选地，所述翅片垂直于所述直管段，靠近迎风面的两个相邻翅片之间的间距为10㎜-16㎜，其余的相邻翅片之间的间距为5㎜-10㎜。

优选地，所述换热器还包括分液器，所述分液器包括进液端以及多个与所述进液端相通的分液端；所述进液端连通膨胀阀，所述分液端通过毛细管与所述导热管的入口相通。

优选地，所述毛细管的管径为6㎜-8㎜，长度大于700㎜。

优选地，所述换热器还包括L形的回气管，所述导热管的入口位于所述导热管下端，所述导热管的出口位于所述导热管上端；所述回气管一端连通所述导热管的出口，另一端延伸至所述导热管的入口下方。

优选地，所述直管段的数量为5-10个。

优选地，在所述导热管的下方设有接水盘，所述接水盘的底部呈梯形，所述接水盘的底部设有排水管。

本实用新型所述的一种二氧化碳速冻系统的换热器，其优点在于：本实用新型基于二氧化碳对压力损失不敏感、粘度低的特性，发现二氧化碳速冻系统中因减小管径增加的阻力对二氧化碳的流动及速冻系统的整体性能影响较小，因此将导热管的管径设置为8㎜-10㎜，小于现有技术中的导热管管径。小管径的导热管具有以下的优点：

其一，小管径的导热管，当气流流经导热管的外侧时，导热管对气流的阻挡面积明显减小，可减小风阻，增加有效循环风量，提高换热效率；并且能减小风机负载，降低系统的运行能耗。

其二，小管径的导热管，其横截面积相比于现有技术中的导热管减小42％-65％，大幅减小所需的二氧化碳灌注量，使得二氧化碳速冻系统所需注入的二氧化碳量大大减小。

其三，小管径的导热管可以增加换热器的整体承压能力，降低二氧化碳速冻系统的潜在压力风险，具有更高的安全性。

其四，小管径的导热管，一方面可以减少材料成本，另一方面，可以减小换热器的整体体积，使得换热器能够更好地适应内部空间狭小的速冻设备。

除了小管径的导热管，本实用新型还将导热管的管距设置为30㎜-32㎜，排距设置为26㎜-28㎜，均小于现有的导热管的管距和排距，能使换热过程中气流与二氧化碳保持较大的温差，增强换热效果，也有助于减少管路结霜现象的发生。

附图说明

图1是本实用新型所述一种二氧化碳速冻系统的换热器的结构示意图。

附图标记说明：1-导热管，11-直管段，12-U形盘管，2-翅片，3-分液器，4-膨胀阀，5-回气管。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型所述的一种二氧化碳速冻系统的换热器，包括相对布置且相互平行的两个侧板，在两个侧板之间设有多个翅片2，多个翅片2并排设置。所述换热器还包括导热管1，导热管1穿设在多个翅片2中，且呈连续延伸的S形。导热管1包括交替设置且依次首尾相连的多个直管段11和多个U形盘管12，相邻两个直管段11之间的距离为26㎜-28㎜；相邻两个U形盘管12之间的距离为30㎜-32㎜；导热管1的外管径为8㎜-10㎜，管壁厚度为0.4㎜-0.6㎜。

换热器在使用时，以直膨式的二氧化碳速冻系统为例，压缩机输出低温的二氧化碳液体进入导热管1内，风机抽取空气形成气流并吹送至换热器处。二氧化碳在导热管1内流动，气流在导热管1外、翅片2之间流动。二氧化碳与气流通过导热管1的管壁进行换热，使气流的温度降低，形成冷气流，用于速冻食品。而二氧化碳则会从导热管1出口处流出，继续循环。

申请人在实际应用过程中发现，现有技术中的换热器的管径较大，当气流流经导热管1外侧时，存在着风阻较大等技术问题。

为了解决上述技术问题，申请人结合二氧化碳对压力损伤不敏感、粘度低的特性，发现二氧化碳速冻系统中因减小管径增加的阻力对二氧化碳的流动及速冻系统的整体性能影响较小。即适当缩小导热管1的管径，二氧化碳仍能在导热管1内顺畅流动，且不会出现粘结堵塞在导热管1内的现象。基于二氧化碳的这一特性，申请人进行多次试验，分别测试不同管径的导热管1在换热过程中气流所受风阻、管内二氧化碳流动顺畅性等参数。得出当导热管1的管径位于8㎜-10㎜时，二氧化碳能在导热管1内顺畅流动，且能有效降低导热管1对于气流的阻力。

本实施例的小管径的导热管1具有以下的优点：

其一，小管径的导热管，当气流流经导热管1的外侧时，导热管1对气流的阻挡面积明显减小，可减小风阻，增加有效循环风量，提高换热效率；并且能减小风机负载，降低系统的运行能耗。

其二，小管径的导热管，其横截面积相比于现有技术中的导热管1减小42％-65％，大幅减小所需的二氧化碳灌注量，使得二氧化碳速冻系统所需注入的二氧化碳量大大减小。

其三，小管径的导热管可以增加换热器的整体承压能力，降低二氧化碳速冻系统的潜在压力风险，具有更高的安全性。

其四，小管径的导热管，一方面可以减少材料成本，另一方面，可以减小换热器的整体体积，使得换热器能够更好地适应内部空间狭小的速冻设备。

综上所述，小管径导热管的换热器，结合二氧化碳的特性，更适用于以二氧化碳为制冷剂的制冷系统，尤其是速冻系统，如速冻冷库、传输式速冻机和非传输式速冻机等，也可用于采用直膨供液方式的普通低温冷藏库。

除了对导热管1的管径，申请人还对导热管1的管距和排距进行了进一步的优化。如图1所示，相邻两个直管段11之间的距离(即图1中的h1)为26㎜-28㎜，相邻两个U形盘管12之间的距离(即图1中的h2)为30㎜-32㎜。即管距设置为30㎜-32㎜，排距设置为26㎜-28㎜，均小于现有的导热管1的管距和排距，能使换热过程中气流与二氧化碳保持较大的温差，增强换热效果，增加换热面积，并且也有助于减少管路结霜现象的发生。

直管段11的数量为5-10个，直管段11的数量根据制冷量需求进行设计和选择，制冷量需求越大，所需的直管段11数量也就越多，但直管段11的数量不宜过多，过多时会导致二氧化碳的流动路径过长，对二氧化碳循环的流畅性带来影响。

翅片2采用变片距和固定片距两种布置方式，根据使用工况进行选择。

固定片距：翅片2垂直于直管段11，多个翅片2等间隔布置，且相邻两个翅片2之间的间距为5㎜-10㎜。该种片距布置方式适用于位于传输式速冻机中后段的换热器。由于位于中后段，食品的温度和湿度均大幅降低，不易结霜，可采用固定片距的设置方式。该种翅片2方式可确保长时间运行风阻不会明显增加，同时具有较大的换热面积。

变片距：翅片2垂直于直管段11，靠近迎风面的两个相邻翅片2之间的间距为10㎜-16㎜，其余的相邻翅片2之间的间距为5㎜-10㎜。该种布置方式适用于位于传输式速冻机入口的换热器，该处的食品温度高、湿度大，容易结霜。因此增大靠近迎风面的两排翅片2的间距，以减少该处的风阻，减少结霜现象的发生。

在非传输式的速冻机或速冻库中，也采用上述的变片距设计。

换热器还包括分液器3，分液器3包括进液端以及多个与进液端相通的分液端；进液端连通膨胀阀4，分液端通过毛细管与所述导热管1的入口相通。分液器3的进液端用于注入二氧化碳，二氧化碳经过分液端流入导热管1中。在二氧化碳进入换热器换热之前，会对二氧化碳进行降温及加压，使二氧化碳处于过冷满液状态，该状态下，二氧化碳会始终保持液相，当二氧化碳在导热管1内与气流换热时，二氧化碳吸热但其相态不会发生变化。二氧化碳与气流的换热量仅依靠液相二氧化碳的显热，换热量非常有限。基于这一问题，本实施例中在导热管1的入口处增设了分液器3，二氧化碳通过分液器3进入毛细管后，由于其截面突然变窄而压力降低(节流现象)，从而脱离过冷满液状态，进入临界状态。临界状态的二氧化碳在导热管1内与气流换热时，会发生相变，变为气液两相混合，依靠相变潜热，使同等流量的换热量可达到显热换热的数倍，大幅提升了二氧化碳换热器的换热能力和换热效率。膨胀阀4可直接与压缩机连接，通过压缩机注入二氧化碳，可适用于直膨式的制冷系统中。

毛细管的管径设置为6㎜-8㎜，长度大于700㎜。以保证毛细管的节流效果，确保二氧化碳通过毛细管后处于临界状态。

换热器还包括L形的回气管5，导热管1的入口位于导热管1的下端，导热管1的出口位于导热管1的上端；回气管5一端连通导热管1的出口，另一端延伸至导热管1的入口下方，形成回气口。使得导热管1入口和回气口都位于换热器的右侧，方便管路连接，也方便换热器与速冻系统的其他设备连接。

导热管1的下方设有用于承接冷凝水的接水盘，接水盘的底部呈梯形，且设有排水管，使冷凝水汇集到接水盘的底部排出。

在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系，应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括在“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90°或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种二氧化碳速冻系统的换热器，包括导热管和多个翅片；所述多个翅片并排设置；所述导热管穿设在所述多个翅片中，且所述导热管呈连续的S形；其特征在于，所述导热管包括交替设置且依次首尾相连的多个直管段和多个U形盘管，相邻两个所述直管段之间的距离为26㎜-28㎜，相邻两个所述U形盘管之间的距离为30㎜-32㎜；所述导热管的外管径为8㎜-10㎜，管壁厚度为0.4㎜-0.6㎜。

2.根据权利要求1所述二氧化碳速冻系统的换热器，其特征在于，所述翅片垂直于所述直管段，相邻两个所述翅片之间的间距为5㎜-10㎜。

3.根据权利要求1所述二氧化碳速冻系统的换热器，其特征在于，所述翅片垂直于所述直管段，靠近迎风面的两个相邻翅片之间的间距为10㎜-16㎜，其余的相邻翅片之间的间距为5㎜-10㎜。

4.根据权利要求1所述二氧化碳速冻系统的换热器，其特征在于，还包括分液器，所述分液器包括进液端以及多个与所述进液端相通的分液端；所述进液端连通膨胀阀，所述分液端通过毛细管与所述导热管的入口相通。

5.根据权利要求4所述二氧化碳速冻系统的换热器，其特征在于，所述毛细管的管径为6㎜-8㎜，长度大于700㎜。

6.根据权利要求1所述二氧化碳速冻系统的换热器，其特征在于，还包括L形的回气管，所述导热管的入口位于所述导热管下端，所述导热管的出口位于所述导热管上端；所述回气管一端连通所述导热管的出口，另一端延伸至所述导热管的入口下方。

7.根据权利要求1所述二氧化碳速冻系统的换热器，其特征在于，所述直管段的数量为5-10个。

8.根据权利要求1所述二氧化碳速冻系统的换热器，其特征在于，在所述导热管的下方设有接水盘，所述接水盘的底部呈梯形，所述接水盘的底部设有排水管。

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