CN209894019U - 一种用于低温热泵的高效翅片换热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于低温热泵的高效翅片换热器，包括铜管、铝箔翅片、左支撑板、右支撑板、连接杆；在所述铝箔翅片上设置有翻边凸缘管套和穿孔；在所述左支撑板和右支撑板之间平行设置有多组铝箔翅片，所述连接杆穿过多组铝箔翅片的穿孔，连接杆的两端分别与左支撑板和右支撑板固定连接，所述铜管穿过铝箔翅片的翻边凸缘管套，铜管和管套通过胀接工艺紧密接触；在所述铝箔翅片的正反两面、翻边凸缘管套的内表面和外表面、以及铜管的外表面均涂有石墨烯涂层。利用石墨烯的优良热传导性能、超疏水性能和优良的力学特性，并通过优化石墨烯层的厚度和铝箔翅片的间距层参数，使得换热器的霜层厚度降低、化霜速度加快，换热效率明显提高、通过石墨烯层的保护还可延长换热器的使用寿命，因此本实用新型具有较强的实用性强和极大的推广价值。

Description

一种用于低温热泵的高效翅片换热器

技术领域

本实用新型属于换热器技术领域，具体涉及一种用于低温热泵的高效翅片换热器。

背景技术

翅片换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器在化工、石油、动力、热泵及其它许多工业生产中占有重要地位，其在热泵生产中换热器是热泵机组的核心部件、直接影响着热泵机组的运行效率。传统的翅片换热器采用金属铜和铝箔作为导热材料，其导热能力有限，从而影响了换热器的换热效率。

低温空气源热泵是目前冬季采暖最为节能方式之一，低温空气源热泵工作时把空气中的热量吸收进来，经过压缩机压缩后转化为高温热能，通过翅片换热器将热量传递给循环水进而提高水温供人们取暖利用。目前采用传统翅片换热器的低温空气源热泵机组在寒冷或严寒气候采暖运行时，随着室外环境温度的下降，低温空气源热泵机组产生的热量也随着下降；同时低温热泵机组会“频繁结霜化霜”、或“化霜不完全”甚至制热量衰减严重导致机组出现故障无法正常运行。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺点，本实用新型提供一种高效翅片换热器，解决热泵机组在冬季低温环境下制热运行时存在的频繁结霜化霜、化霜时间长、换热效率低等问题。

本实用新型的技术方案如下：一种用于低温热泵的高效翅片换热器，包括铜管、铝箔翅片、左支撑板、右支撑板、连接杆；在所述铝箔翅片上设置有翻边凸缘管套和穿孔；在所述左支撑板和右支撑板之间平行设置有多组铝箔翅片，所述连接杆穿过多组铝箔翅片的穿孔，连接杆的两端分别与左支撑板和右支撑板固定连接，所述铜管穿过铝箔翅片的翻边凸缘管套，铜管和管套通过胀接工艺紧密接触；在所述铝箔翅片的正反两面、翻边凸缘管套的内表面和外表面、以及铜管的外表面均涂有石墨烯涂层。

进一步的，所述石墨烯涂层的厚度为0.03～0.06μm。

进一步的，所述翻边凸缘管套的高度为1.30-1.81mm，相邻两组铝箔翅片的间距与翻边凸缘管套的高度相同。

进一步的，所述铝箔翅片的厚度为0.115mm。

有益效果：本实用新型通过在铝箔翅片的正反两面、翻边凸缘管套的内表面和外表面、以及铜管的外表面均涂有石墨烯涂层，利用石墨烯的优良热传导性能、超疏水性能和优良的力学特性，并通过优化石墨烯层的厚度和铝箔翅片的间距层参数，使得换热器的霜层厚度降低、化霜速度加快，换热效率明显提高、通过石墨烯层的保护还可延长换热器的使用寿命，因此本实用新型具有较强的实用性强和极大的推广价值。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是铝箔翅片的不同视角结构示意图（a侧视图，b立体视图，c正视图）。

图3是铝箔翅片的局部截面涂层示意图。

图中：1、铜管；2、铝箔翅片；21、翻边凸缘管套；22、穿孔；23、石墨烯涂层；3、左支撑板；4、右支撑板；5、连接杆。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、技术特征、达成目的与功效易于明白了解，下

面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

如图1所示， 一种用于低温热泵的高效翅片换热器，包括铜管1、铝箔翅片2、左支撑板3、右支撑板4、连接杆5；在左支撑板3和右支撑板4之间平行设置有多组铝箔翅片2；如图2所示，在铝箔翅片2上设置有多个翻边凸缘管套21和穿孔22，翻边凸缘管套21的高度为1.30-1.81mm；连接杆5穿过多组铝箔翅片的穿孔22，连接杆5的两端分别与左支撑板3和右支撑4板固定连接，所述铜管1穿过铝箔翅片的翻边凸缘管套21，铜管1和管套21通过胀接工艺紧密接触；如图3所示，在铝箔翅片2的正反两面、翻边凸缘管套21的内表面和外表面均涂有石墨烯涂层23，在铜管1的外表面与翻边凸缘管套21接触的部位也涂有石墨烯涂层，石墨烯导热层的厚度直接影响热传导系数，选择石墨烯涂层的厚度为0.03～0.06μm。铝箔翅片的间距直接影响空气侧流速和风阻力，铝箔间距的选择要兼顾空气侧的压降和换热量的最佳配比，相邻两组铝箔翅片的间距与翻边凸缘管套的高度相同，选择铝箔翅片的厚度为0.115mm。

本实用新型通过在铝箔翅片正反两面涂一层石墨烯混合溶液，在铝箔表面形成一层石墨烯涂层；石墨烯混合溶液主要成分有石墨烯母液；二氧化硅、氧化铝；聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯醇、水及乙酸乙酯所组成；按重量比进行配制成石墨烯混合溶液。将石墨烯混合溶液涂覆在铝箔表面，在烘干炉中进行烘干固化即可形成一层石墨烯层。

石墨烯具有非常好的热传导性能，由于石墨烯导热层的质量比一般金属材料制品的导热层小且石墨烯的导热系数高达5300W/mK，导热性能极好，是目前为止导热系数最高的碳材料，在此利用石墨烯的热性能可明显提高翅片换热器的换热效率。

同时，还可利用石墨烯的超疏水性：热泵机组在冬季结霜时，可减少换热器表面的霜层厚度；热泵机组在冬季化霜时，减少换热器表面的水膜厚度，使得化霜过程中的水瞬间脱离石墨烯导热层；这样就解决了热泵行业中最大的结化霜问题，“化霜不完全”或“化霜不彻底”，结霜少、化霜短能够提高换热器低温热泵的综合能效。

最后，还利用石墨烯的优良力学特性，石墨烯是已知强度最高的材料之一，同时还具有很好的韧性，且可以弯曲，石墨烯的理论杨氏模量达1.0TPa，固有的拉伸强度为130GPa。在铝箔涂覆石墨烯涂层后可解决热泵行业中翅片换热器因长期接受太阳照射、酸雨淋雨等天气造成翅片换热器腐蚀使热泵机组寿命缩短的根本问题，提高了热泵产品的使用寿命。

为了验证涂覆石墨烯涂层换热器的效果，我们进行了对比实验：同型号换热器产品含有石墨烯涂层和不含石墨烯涂层经过第三方（焓差实验室）对比测试如下：采用国标GB/T GB/T25127.1-2010: 低环境温度空气源热泵（冷水）机组 第1部分：工业或商业用及类似用途的热泵（冷水）机组和GB/T 25127.2-2010 低环境温度空气源热泵(冷水)机组 第2部分：户用及类似用途的热泵(冷水)机组，进行检验测试结果如下：

（1）普通换热器基本测试数据：

室外温度：-20.12℃，室外湿度：64.12%，制热量：31.05kw，制热效率：1.45，功率:21.525kw ，水温：49.92℃ ，化霜时间：480S 即8分钟；

（2）石墨烯换热器基本测试数据：

室外温度：-20.05℃，室外湿度：64.71%，制热量：34.38kw，制热效率：1.48，功率:23.29kw ，水温：49.97℃ ，化霜时间：300S 即5分钟。

通过测试数据可明显看出石墨烯涂层的换热器的换热量、换热效率以及化霜时间均优于普通换热器参数。

本实用新型通过在铝箔翅片正反面涂覆石墨烯涂层，并优化涂层厚度和其他相关参数，使得该翅片换热器的结霜层厚度薄、化霜时间短、换热效率高、使用寿命长，可广泛应用在热泵和空调等领域，具有较大的实用性和推广价值。

Claims (4)

1.一种用于低温热泵的高效翅片换热器，包括铜管、铝箔翅片、左支撑板、右支撑板、连接杆，其特征在于：在所述铝箔翅片上设置有翻边凸缘管套和穿孔；在所述左支撑板和右支撑板之间平行设置有多组铝箔翅片；所述连接杆穿过多组铝箔翅片的穿孔，连接杆的两端分别与左支撑板和右支撑板固定连接；所述铜管穿过铝箔翅片的翻边凸缘管套，铜管和管套通过胀接工艺紧密接触；在所述铝箔翅片的正反两面、翻边凸缘管套的内表面和外表面、以及铜管的外表面均涂有石墨烯涂层。

2.根据权利要求1所述的一种用于低温热泵的高效翅片换热器，其特征在于：所述石墨烯涂层的厚度为0.03～0.06μm。

3.根据权利要求1所述的一种用于低温热泵的高效翅片换热器，其特征在于：所述翻边凸缘管套的高度为1.30-1.81mm，相邻两组铝箔翅片的间距与翻边凸缘管套的高度相同。

4.根据权利要求1所述的一种用于低温热泵的高效翅片换热器，其特征在于：所述铝箔翅片的厚度为0.115mm。

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