[发明专利]一种便于冰、霜从换热器表面脱离的方法及应用

说明书

技术领域

本发明是一种便于冰、霜从换热器表面脱离的方法及应用，适用于空调、热泵制热、制冰及制冰式海水淡化等系统的节能增效技术领域。 

背景技术

换热器在热源温度低于0℃时，会出现结冰、结霜现象，这给空调、热泵供热系统带来极大的麻烦，正常运转能耗大幅增加，同时除冰化霜造成系统不能正常工作，能耗大增，使整个系统的综合能效比大幅下降，甚至不能使用，冰贮冷式空调、水变冰潜热式热泵供热等系统会因冰层过厚而能力降低和能耗增加。目前除冰、除霜的方法主要有热能(电热或热泵反向供热)除冰除霜法、机械自动除冰除霜法、人工机械除冰法。如中国专利申请号为200810219706.1公开了一种冰箱除霜控制系统，除霜温度传感器设于蒸发器上，所述蒸发器下设有接水盘；与控制器连接有一个与高温熔断器串联的除霜加热管；所述除霜加热管设于蒸发器与接水盘之间；该冰箱除霜控制系统的化霜控制方法是当冰箱运行周期内监测冰箱冷冻室的温度变化速率与压缩机运行时间相结合来判断蒸发器的霜层情况并进入除霜，冰箱除霜时，控制板控制除霜加热管先加热一定时问，然后以循环式加热式工作，待蒸发器的霜层熔动后，霜层靠自身重力脱离蒸发器掉落到接水盘，直到蒸发器温度在6℃左右退出除霜。中国专利申请号为02207678.6公开了一种易脱霜高效率的热交换管，适用于各式冷媒质的输送，该热交换管包含一具有冷媒质流道的中空管体、多个片自该中空管体外表面相间隔地向外且向下倾斜呈辐射状延伸长短不一的热交换翼片；该热交换翼片可增加热交换面积而有效提升热传效率，同时降低冰霜的接触面积，并可容易地除霜。 

这些方法各有其缺点，热能除冰除霜法是用热能融化冰霜来达到目的，但消耗大量的电能或热能，常使系统得不偿失而停用；机械自动除冰霜，虽然消耗少了些但结构复杂，因有运动部件，故障率高，可靠性低，给生产、生活带来极大的不便；人工机械除冰除霜虽无能耗，但费时费力，操作极不便利，所以除冰除霜的问题极大的制约了空调、热泵供热的应用。此外，除冰除霜最重要的难点在于热交换管化冰的过程是在管壁形成环状闭合形的冰霜块，包住了换热管及因冰块大而充满换热器的管间间隙而无法脱出。 

发明内容

本发明的目的在于针对上述的问题，提供了一种便于冰、霜从换热器表面脱离的方法，适用于空调、热泵制冷、制热、制冰式海水淡化等系统的吸热端换热器的设计及制造。 

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术解决方案： 

一种便于冰、霜从换热器表面脱离的方法，是在换热器的传热面上设有低导热或绝热材料的绝热条，将换热器与水(或含水、水蒸气介质)接触的传热面分割成若干块非环状、非闭合区域，由于绝热材料的存在造成了传热面上传热极不均匀，绝热材料热阻大，在其上较无绝热材料覆盖的传热表面难于结冰结霜，从而阻止了换热器传热表面上形成大块的、连续、闭合环状冰霜块，这样的冰霜块非常方便脱离换热器表面；并且将换热器阻挡冰、霜块远动方向的传热面的切线方向与垂直方向的夹角的锐角设计作制成小于冰、霜块对传热面的最大静摩擦系数的反余切函数值。 

所述的绝热条一般采用导热性能很差的材料制成，例如塑料、石墨、玻璃纤维、石棉、硅酸盐发泡体或它们之间的复合材料，塑料的种类较多，包括发泡的聚苯乙烯、聚胺酯、聚醚、聚氯乙烯等，要求比换热器的材料的导热系数相差越远越好。 

如果因绝热条与传热管表面可能有间隙而形成的薄冰(霜)层造成的冰(霜)块不能脱离，因此要脱冰霜时，若重力或浮力不能将此薄冰霜层折断，则只需用热能将此薄冰霜层融断即可 

为了使冰霜块能在重力或浮力的作用下自动脱离换热器，针对冰霜块在重力或浮力的作用下形成的脱离方向，对换热器的传热面及倾角的设计要求： 

a.冰(凝固物)的密度＜介质流体的密度时，冰(凝固物)脱离传热界面后，将向上运动，这时传热界面的切线方向与竖直方向的夹角的锐角θ应满足最大静摩擦系数μ＜cotθ的要求。 

(1)换热器的传热面呈倒三角斜面时(图)，冰(凝固物)在重力以及液体的浮力作用下，冰(凝固物)在冷却表面，当冷却表面的切线方向与竖直方向的夹角的锐角θ越来越小，冷却表面的切线方向与竖直方向的夹角的锐角θ满足最大静摩擦系数μ＜cotθ的要求时，凝固物能自动向上滑动。 

(2)换热器的传热面呈正三角斜面时，则无需遵循以上公式，冰(凝固物)脱离后自动向上滑动。 

b.冰(凝固物)的密度＞介质流体的密度时，冰(凝固物)脱离传热界面后，将向下运动，这时传热面的切线方向与竖直方向的夹角的锐角θ应满足最大静摩擦系数μ＜cotθ的要求。