基于板翅式热交换器的冷库废热利用装置

王怡鸥

摘 要：本作品为基于板翅式热交换器的换热原理以及循环阀门、换向阀门对水的导流控制作用、热传感器电路控制系统，结合机械结构设计的一款新型冷库废热利用装置，用于解决现在市面上所存在的冷库压缩机利用率过低导致热量流失，进而导致无用功的增加和浪费的问题，使得废热可以得到利用，实现节能减排的效果。

关键词：板翅式热交换器;废热利用;节能减排

1 引言

冷库，主要用做对食品、乳制品、肉类、水产、禽类、果蔬、冷饮、花卉、绿色植物、茶叶、药品、化工原料、电子仪表仪器等的恒温贮藏。冷库实际上是一种低温冷冻设备，冷冻温度一般在零下10度至零下30度之间，存储冷冻食品的量比较大。许多餐饮企业，特别是规模比较大的餐厅，都会拥有一个自己的冷库来储藏食物，这样即使没有足够的时间从别的地方及时运送过来新鲜的原材料，也可以通过冷库的低温储藏，维持食物的新鲜度。

美国现有冷库约为2200万吨，近33亿立方英尺。我国现在拥有冷库是900万吨，而中国人口是美国的五倍，由此可见，中国未来的冷库需求很大。从市场对冷库工程的需求趋势来看，我国现有的冷库容量还十分不足。

目前我国的冷库的保温措施都并不是特别好，冷库非常容易流失冷空气，所以冷库压缩机就需要进行额外更多的工作进行热交换。这样，一方面导致了额外能源的浪费;另一方面，也会产生额外的热量，而这些热量通常都是直接排到空气中，白白流失了能量。

2 设计方案

本作品主要内容体现在一下几个方面：

1）利用板翅式热交换器的原理，通过翅片的特殊结构构造，使得热量可以以一个很高的效率传递给自来水;

2）利用熱传感器控制系统，控制换向阀门对于水的导流，可以使得每次输出的自来水的温度达到所需。。。。。。。

3）利用循环阀门，可以手动控制进入循环管道的水量。

2.1整体结构：

装置整体结构分为四部分。第一部分为主要部分，主要由板翅式热交换器和主要的循环管道组成。第二部分是是一个循环阀门，这个循环阀门控制热交换器中的自来水的补给以及循环。第三部分是一个换向阀，换向阀分别与出水管道，供水管道和循环管道相接，换向阀出水口可以在供水管道和循环管道之间切换，该功能可以通过热传感器电路系统控制。第四部分是热水出水口，接到需要使用热水的地方。

如图所示，自来水管道接入到循环管道中，通过阀门可以去控制自来水的进入。这部分温度较低的自来水通过循环管道，从板翅式热交换器的进水口处进入导流系统中。

自来水在导流系统流动的同时，板翅式热交换器可以将冷库制冷系统中的某些设备，特别是冷库压缩机中散发出来的热量，以一个极高的热导效率，传递给在导流系统中流动的自来水，使这部分温度较低的自来水不断升温。

升温后的自来水由出水管道流出，换向阀为自动换向阀，它由热传感器控制方向。若热水的温度不满足某种使用要求时，可将换向阀的导流方向调至循环管道，这样自来水可以得到二次三次甚至多次的反复加热，直到达到该种使用要求的温度。当加热至预设温度后，热传感器发出信号控制换向阀的换向，使出水管道和供水管道连接;若热水的温度已经满足某种使用要求时，可将换向阀的导流方向调至供水管道，供水管道与出水口相连，将热水输送至需要的地方，如供应给厨房使用，厨房可将热水用于解冻食物或者蒸食物。

2.2循环阀门模块设计：

循环阀门共有三个接水口，这三个接水口分别与循环管道、自来水管道相接，两段循环管道通过法兰盘、螺栓、螺母相连接。通过阀门的控制，可以调节自来水是否流入循环水管，以及流入循环水管的流量和速率。

阀门是由人工控制的，由于本项目主要针对的是中大型餐厅，故餐厅工作人员可针对对于热水的不同情况下的需求，通过调节阀门，来控制通过自来水管，流入循环管道的流体的流速及水量。。

2.3板翅式热交换器模块设计：

板翅式热交换器在工作时，由于翅片对流体的扰动使边界层不断破裂，同时由于隔板、翅片很薄，具有高导热性，所以板翅式热交换器传热效率高。热交换器由隔板、翅片、封条、导流系统组成。

循环管道与板翅式热交换器的导流系统相连，循环管道中的自来水可以经由热交换器的导流系统流往出水口。在整个流动过程中，通过板翅式翅片将热量导给在导流系统中流动的水，使其升温。由于特殊的结构构造，使得其导热效率较普通的导热器要高，（具体的效率对比数据，目前，知网、万方数据知识服务平台上没有查到，但是根据参考文献4可以知道，在某些参数的作用下，板翅式热交换器的效率确实要比普通的热交换器的效率高）故因此，利用板翅式热交换器为导流系统中的水加热，提高升温效率。

2.4换向阀门模块设计：

该换向阀的工作原理，与现在主流的换向阀的工作原理相差无几，其中增设了热传感器电路控制系统。热传感器通过与水直接接触，可以测出该次加热后的水温，通过反馈机制，可以反馈出是否需要再次进行加热。若需要再次进行加热，则换向阀的导流方向，则导向循环管道;若不需要再次进行加热，则换向阀的导流方向，则导向供水管道，将得到要求的热水输出，供给所需。

3 效益分析

使用了本装置之后，对于能源的利用效率提高，计算节能减排效益以硫酸工业为例：对于1套160—200kt/a的硫酸装置，其低温废热若全部被利用，每年可节省标煤5-6 千吨，加设废热回收利用率为20%，则每年可以节省标准煤1-1.2千吨。节约下来的标准煤可以供给多个同类型的餐厅使用。

使用热交换器降低散热器周围的温度，促进散热器与外界的热交换，提高压缩机工作效率，节省电能。

使用该装置对冷库的废热进行利用，可满足大中型餐厅对于不同温度热水的需求。

4 创新点

（1）利用板翅式热交换器，吸收冷库压缩器排放的热量，加热低温度的自来水;

（2）循环阀门可控制循环管道的水量。

（3）利用热传感器电路控制系统，可以控制换向阀门的换向。针对于不同的使用用途，通过热传感器电路控制系统，达到使用要求的自来水就可以即刻输出，达不到使用要求的水，则可以通过换向阀的作用，再次流回循环管道进行反复加热。

5 应用前景

许多餐厅或者饮食企业都配备有冷库，并且冷库需要持续工作，而且，厨房开始进行正式的作业前，需要准备大量不同温度的热水来以备使用。根据《2016-2021年中国冷库行业市场前瞻与投资规划分析报告》显示，我国对于农产品的需求不断地增长，农业技术持续地进行更新，对于农产品和食品的深加工也起到了很大的促进作用，相应的冷冻冷藏市场也顺带地水涨船高，比如上海、江浙以及湖北、河南等地，冷库市场的需求量逐年增加，规模也在不断地扩大。除去中大型餐厅的需要的话，重要的运输港口的冷库的需求量，也呈现出了较大增长趋势。尤其是在食品生产加工储藏中，新的冷库模式的应用也在逐年增长。

冷库的设计和建设要符合冷库的功能和定位。未来大型区域性低温物流冷库将成为主流，逐步替代那些规模小、能耗高、管理差、效率低的小型冷库。而我国冷库建设与农产品发展息息相关，未来农场化、集团化作业方式备受期待，势必促进冷库朝向规模化进程。

综合来看，冷库的应用前景较高。