基于板翅式熱交換器的冷庫廢熱利用裝置

王怡鷗

摘 要：本作品為基于板翅式熱交換器的換熱原理以及循環(huán)閥門、換向閥門對水的導(dǎo)流控制作用、熱傳感器電路控制系統(tǒng)，結(jié)合機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一款新型冷庫廢熱利用裝置，用于解決現(xiàn)在市面上所存在的冷庫壓縮機(jī)利用率過低導(dǎo)致熱量流失，進(jìn)而導(dǎo)致無用功的增加和浪費(fèi)的問題，使得廢熱可以得到利用，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的效果。

關(guān)鍵詞：板翅式熱交換器;廢熱利用;節(jié)能減排

1 引言

冷庫，主要用做對食品、乳制品、肉類、水產(chǎn)、禽類、果蔬、冷飲、花卉、綠色植物、茶葉、藥品、化工原料、電子儀表儀器等的恒溫貯藏。冷庫實(shí)際上是一種低溫冷凍設(shè)備，冷凍溫度一般在零下10度至零下30度之間，存儲冷凍食品的量比較大。許多餐飲企業(yè)，特別是規(guī)模比較大的餐廳，都會擁有一個自己的冷庫來儲藏食物，這樣即使沒有足夠的時間從別的地方及時運(yùn)送過來新鮮的原材料，也可以通過冷庫的低溫儲藏，維持食物的新鮮度。

美國現(xiàn)有冷庫約為2200萬噸，近33億立方英尺。我國現(xiàn)在擁有冷庫是900萬噸，而中國人口是美國的五倍，由此可見，中國未來的冷庫需求很大。從市場對冷庫工程的需求趨勢來看，我國現(xiàn)有的冷庫容量還十分不足。

目前我國的冷庫的保溫措施都并不是特別好，冷庫非常容易流失冷空氣，所以冷庫壓縮機(jī)就需要進(jìn)行額外更多的工作進(jìn)行熱交換。這樣，一方面導(dǎo)致了額外能源的浪費(fèi);另一方面，也會產(chǎn)生額外的熱量，而這些熱量通常都是直接排到空氣中，白白流失了能量。

2 設(shè)計(jì)方案

本作品主要內(nèi)容體現(xiàn)在一下幾個方面：

1）利用板翅式熱交換器的原理，通過翅片的特殊結(jié)構(gòu)構(gòu)造，使得熱量可以以一個很高的效率傳遞給自來水;

2）利用熱傳感器控制系統(tǒng)，控制換向閥門對于水的導(dǎo)流，可以使得每次輸出的自來水的溫度達(dá)到所需。。。。。。。

3）利用循環(huán)閥門，可以手動控制進(jìn)入循環(huán)管道的水量。

2.1整體結(jié)構(gòu)：

裝置整體結(jié)構(gòu)分為四部分。第一部分為主要部分，主要由板翅式熱交換器和主要的循環(huán)管道組成。第二部分是是一個循環(huán)閥門，這個循環(huán)閥門控制熱交換器中的自來水的補(bǔ)給以及循環(huán)。第三部分是一個換向閥，換向閥分別與出水管道，供水管道和循環(huán)管道相接，換向閥出水口可以在供水管道和循環(huán)管道之間切換，該功能可以通過熱傳感器電路系統(tǒng)控制。第四部分是熱水出水口，接到需要使用熱水的地方。

如圖所示，自來水管道接入到循環(huán)管道中，通過閥門可以去控制自來水的進(jìn)入。這部分溫度較低的自來水通過循環(huán)管道，從板翅式熱交換器的進(jìn)水口處進(jìn)入導(dǎo)流系統(tǒng)中。

自來水在導(dǎo)流系統(tǒng)流動的同時，板翅式熱交換器可以將冷庫制冷系統(tǒng)中的某些設(shè)備，特別是冷庫壓縮機(jī)中散發(fā)出來的熱量，以一個極高的熱導(dǎo)效率，傳遞給在導(dǎo)流系統(tǒng)中流動的自來水，使這部分溫度較低的自來水不斷升溫。

升溫后的自來水由出水管道流出，換向閥為自動換向閥，它由熱傳感器控制方向。若熱水的溫度不滿足某種使用要求時，可將換向閥的導(dǎo)流方向調(diào)至循環(huán)管道，這樣自來水可以得到二次三次甚至多次的反復(fù)加熱，直到達(dá)到該種使用要求的溫度。當(dāng)加熱至預(yù)設(shè)溫度后，熱傳感器發(fā)出信號控制換向閥的換向，使出水管道和供水管道連接;若熱水的溫度已經(jīng)滿足某種使用要求時，可將換向閥的導(dǎo)流方向調(diào)至供水管道，供水管道與出水口相連，將熱水輸送至需要的地方，如供應(yīng)給廚房使用，廚房可將熱水用于解凍食物或者蒸食物。

2.2循環(huán)閥門模塊設(shè)計(jì)：

循環(huán)閥門共有三個接水口，這三個接水口分別與循環(huán)管道、自來水管道相接，兩段循環(huán)管道通過法蘭盤、螺栓、螺母相連接。通過閥門的控制，可以調(diào)節(jié)自來水是否流入循環(huán)水管，以及流入循環(huán)水管的流量和速率。

閥門是由人工控制的，由于本項(xiàng)目主要針對的是中大型餐廳，故餐廳工作人員可針對對于熱水的不同情況下的需求，通過調(diào)節(jié)閥門，來控制通過自來水管，流入循環(huán)管道的流體的流速及水量。。

2.3板翅式熱交換器模塊設(shè)計(jì)：

板翅式熱交換器在工作時，由于翅片對流體的擾動使邊界層不斷破裂，同時由于隔板、翅片很薄，具有高導(dǎo)熱性，所以板翅式熱交換器傳熱效率高。熱交換器由隔板、翅片、封條、導(dǎo)流系統(tǒng)組成。

循環(huán)管道與板翅式熱交換器的導(dǎo)流系統(tǒng)相連，循環(huán)管道中的自來水可以經(jīng)由熱交換器的導(dǎo)流系統(tǒng)流往出水口。在整個流動過程中，通過板翅式翅片將熱量導(dǎo)給在導(dǎo)流系統(tǒng)中流動的水，使其升溫。由于特殊的結(jié)構(gòu)構(gòu)造，使得其導(dǎo)熱效率較普通的導(dǎo)熱器要高，（具體的效率對比數(shù)據(jù)，目前，知網(wǎng)、萬方數(shù)據(jù)知識服務(wù)平臺上沒有查到，但是根據(jù)參考文獻(xiàn)4可以知道，在某些參數(shù)的作用下，板翅式熱交換器的效率確實(shí)要比普通的熱交換器的效率高）故因此，利用板翅式熱交換器為導(dǎo)流系統(tǒng)中的水加熱，提高升溫效率。

2.4換向閥門模塊設(shè)計(jì)：

該換向閥的工作原理，與現(xiàn)在主流的換向閥的工作原理相差無幾，其中增設(shè)了熱傳感器電路控制系統(tǒng)。熱傳感器通過與水直接接觸，可以測出該次加熱后的水溫，通過反饋機(jī)制，可以反饋出是否需要再次進(jìn)行加熱。若需要再次進(jìn)行加熱，則換向閥的導(dǎo)流方向，則導(dǎo)向循環(huán)管道;若不需要再次進(jìn)行加熱，則換向閥的導(dǎo)流方向，則導(dǎo)向供水管道，將得到要求的熱水輸出，供給所需。

3 效益分析

使用了本裝置之后，對于能源的利用效率提高，計(jì)算節(jié)能減排效益以硫酸工業(yè)為例：對于1套160—200kt/a的硫酸裝置，其低溫廢熱若全部被利用，每年可節(jié)省標(biāo)煤5-6 千噸，加設(shè)廢熱回收利用率為20%，則每年可以節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)煤1-1.2千噸。節(jié)約下來的標(biāo)準(zhǔn)煤可以供給多個同類型的餐廳使用。

使用熱交換器降低散熱器周圍的溫度，促進(jìn)散熱器與外界的熱交換，提高壓縮機(jī)工作效率，節(jié)省電能。

使用該裝置對冷庫的廢熱進(jìn)行利用，可滿足大中型餐廳對于不同溫度熱水的需求。

4 創(chuàng)新點(diǎn)

（1）利用板翅式熱交換器，吸收冷庫壓縮器排放的熱量，加熱低溫度的自來水;

（2）循環(huán)閥門可控制循環(huán)管道的水量。

（3）利用熱傳感器電路控制系統(tǒng)，可以控制換向閥門的換向。針對于不同的使用用途，通過熱傳感器電路控制系統(tǒng)，達(dá)到使用要求的自來水就可以即刻輸出，達(dá)不到使用要求的水，則可以通過換向閥的作用，再次流回循環(huán)管道進(jìn)行反復(fù)加熱。

5 應(yīng)用前景

許多餐廳或者飲食企業(yè)都配備有冷庫，并且冷庫需要持續(xù)工作，而且，廚房開始進(jìn)行正式的作業(yè)前，需要準(zhǔn)備大量不同溫度的熱水來以備使用。根據(jù)《2016-2021年中國冷庫行業(yè)市場前瞻與投資規(guī)劃分析報(bào)告》顯示，我國對于農(nóng)產(chǎn)品的需求不斷地增長，農(nóng)業(yè)技術(shù)持續(xù)地進(jìn)行更新，對于農(nóng)產(chǎn)品和食品的深加工也起到了很大的促進(jìn)作用，相應(yīng)的冷凍冷藏市場也順帶地水漲船高，比如上海、江浙以及湖北、河南等地，冷庫市場的需求量逐年增加，規(guī)模也在不斷地?cái)U(kuò)大。除去中大型餐廳的需要的話，重要的運(yùn)輸港口的冷庫的需求量，也呈現(xiàn)出了較大增長趨勢。尤其是在食品生產(chǎn)加工儲藏中，新的冷庫模式的應(yīng)用也在逐年增長。

冷庫的設(shè)計(jì)和建設(shè)要符合冷庫的功能和定位。未來大型區(qū)域性低溫物流冷庫將成為主流，逐步替代那些規(guī)模小、能耗高、管理差、效率低的小型冷庫。而我國冷庫建設(shè)與農(nóng)產(chǎn)品發(fā)展息息相關(guān)，未來農(nóng)場化、集團(tuán)化作業(yè)方式備受期待，勢必促進(jìn)冷庫朝向規(guī)模化進(jìn)程。

綜合來看，冷庫的應(yīng)用前景較高。