CN101619946A - 海水养殖用热交换器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海水养殖用热交换器，该热交换器主要包括设有热源出水口和热源进水口的外壳与安装在外壳内的热交换排管；热交换排管由多个焊有交叉排列的毛细铜管的热交换单管组成，热交换排管的两端分别设有与养殖用水进水口、养殖用水出水口连通相接的热交换排管封头，热交换排管封头将热交换排管固定密封在外壳内，所述的热交换单管侧面开孔，毛细铜管一端焊接封口，该封口端插焊入热交换单管的侧孔内，并在方向上交叉排列。本发明具有能耗低、操作简便、耐海水腐蚀性强、换热效率高等特点，是一种理想的海水养殖用热交换器。

Description

海水养殖用热交换器

技术领域

本发明涉及热交换器，尤其涉及一种利用海水温度实现冷热交换以应用在海水养殖方面的海水养殖用热交换器。

背景技术

海产品育苗及养殖过程中，不仅对水质有严格要求，海水温度的控制也是养殖过程中的重中之重。

据经验介绍，海参育苗中，最适宜的海水温度应在16℃，而实际的一般养殖中，技术人员通常将养殖池中的水温控制在冬季14℃左右，夏季18℃左右。

而相对的，就大连地区而言，冬季海水最低海水温度可至-2℃，夏季海水温度则大致在25-30℃，为了使养殖池中海水的温度达到适合海参生长的温度，势必需要耗费相当的热能，用于海水温度的转化。

大连市某育苗池，总计约10000吨水体，每年冬季用于海参养殖海水加热的煤量近千吨。冬季1月初检测时，养殖池内海水实测温度平均在14-15℃左右，在排水沟外侧测得几处的平均温度约在13℃左右，此时室外海水均已结冻。可以看出此养殖过程中88％以上的热量均被浪费掉了，相当于消耗了大量的煤炭能源却为海洋中的水进行了加热。

同样的，其他领域的海产品养殖过程中，也同样存在着类似的能量浪费问题。所以，对海水养殖进行节能化工程改造以及推行合理的智能化控制，已经成为优化海产品养殖产业结构和实施国家节能减排的必要之举。

通过多次对海水养殖的实地考察，结合现有工业技术的实际情况，针对海水养殖煤耗高、能源浪费巨大的问题，2008年5月本项目技术人结合现有的换热技术，提出了因地制宜采取能量交换提前预热海水的方式，以期达到能源节约的几种解决方案。2008年至2009年的冬季，大连市金州区某养殖场采取了这一系列的方案进行了节能化设备工程的改造，虽然所选择的设备前期未经过精确计算，但是一个养殖季仍节约了正常养殖三分之一的用煤量。

中国专利CN1892161A公开了一种地下温度交换器，该温度交换器具有通过温度交换管相互连通的上封头和下封头，隔板将上封头分为进水腔和出水腔，并分别设有进水管与出水管。温度交换管上设有温度交换片。该温度交换器采用进出水口同侧的结构，这种结构使得热交换后的养殖水在封头处与热交换前的养殖水之间存在热交换，降低了出口处养殖水的温度，也降低了热交换率，此外温度交换片虽能起到一定的强化换热作用，但由于其为片状结构，且只设在温度交换管的一侧，换热面积小，强化热交换效果不明显。

有鉴于此特提出本发明。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，其目的是提供一种耐海水腐蚀性强、换热效率高、加工简单、维修方便的热交换器。

为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：

一种海水养殖用热交换器，主要包括设有热源出水口和热源进水口的外壳与安装在外壳内的热交换排管，所述的热交换排管由多个焊有交叉排列的毛细铜管的热交换单管组成，热交换排管的两端分别设有与养殖用水进水口、养殖用水出水口连通相接的热交换排管封头，热交换排管封头将热交换排管固定在外壳内。

所述的热交换单管侧面开孔，毛细铜管一端焊接封口，该封口端插焊入热交换单管的侧孔内，并在方向上交叉排列，毛细铜管在热交换单管长度方向上的间隔距离为20-50mm，毛细铜管与热交换单管外径比值为1∶4-1∶3，毛细铜管焊入热交换单管部分的长度与热交换单管内直径比为0.1-0.5，优选0.3。

所述的毛细铜管焊入热交换单管部分与未焊入部分长度比为0.8-1.2，优选1.0。

所述的毛细铜管于热交换单管的垂直投影上数量为2-12个，优选6个。

所述外壳的内侧设有折流板与折流补强板，所述的热源出水口设于外壳的顶部，热源进水口设于外壳的底部，外壳的底部还装有排水装置。

所述的养殖用水进水口和养殖用水出水口和热源进水口处采用水流量与温度电子控制系统，控制进出水流量和温度的调节以及意外状况时及时关闭系统。

所述的热交换器组由至少一组上述的热交换器并联组成；热源出水口又可以作为冷源出水口，热源进水口又可以作为冷源进水口。

众所周知，影响热交换效率的几个因素有材质导热系数、流速、流态与换热面积等等，为强化换热，本发明提供的热交换器，选择铜质管材的换热排管，结构状如人体的汗毛腺，即在主体换热单管的侧面开孔，将毛细铜管一端焊接封口后，将封口端插焊入主铜管侧孔内，并在热交换单管长度方向上交叉排列，毛细铜管在热交换单管的长度方向的间隔距离为20-50mm，优选35mm；热交换单管的垂直投影图上，毛细铜管的数量为2-12个；毛细铜管与热交换单管外径比值为1∶4-1∶3，毛细铜管焊入热交换单管部分的长度与热交换单管内直径比为0.1-0.5；毛细铜管焊入热交换单管部分与未焊入部分长度的比为0.8-1.2，上述结构改变热交换单管中的水流流态和速度使得其达到最佳的换热效率，比现有结构中的热交换器提高了至少20％。

整体管束的外侧，按间距的具体情况在外壳的内侧增设折流板和折流补强板，改变外壳内冷热水源的流态，以强化换热效果；换热流体采用逆流的方式进行热交换；热交换器外部的管道选择不锈钢管材，材质首选SUS304，并包含SUS304质地以上的所有不锈钢管道；进水侧外部管道采用法兰封头，拆卸方便，便于故障维修；外部管道的底部增设一个排水管，由排水阀门控制；养殖用水进水口和养殖用水出水口采用水流量与温度电子控制系统，自行进行流量与温度的调节；由一组以及一组以上该形式热交换器并联可组成换热机组，满足大规模热交换需要。

当需换热流体流经内部换热管时，由于毛细管的阻流作用，流体流态改变了，由大部分层流改变为紊流状态，延长了水流在热交换单管中的流动时间，强化流体与管壁的热量交换，从而起到增强换热的作用；当外部热源或冷源流体流经换热管道外部时，由于毛细管的阻挡，在毛细管的开口侧，形成小区域的紊流层，该段区域增强了流体向管壁的热量传导，使得管壁所获得的热量增加。

综上两点，该套换热结构能通过特殊的结构优势，大大强化流体流动过程中热量的传递，增强等换热面积情况下的热交换率。

本发明热交换单管首选直径为Φ22mm的铜管，毛细铜管首选Φ6-10mm的铜管，其焊接深度大于1.5mm，以保证压力要求，所有铜管的管壁厚度均应大于0.5mm。

所述铜管包含市面上所有纯度不低于99.9％的铜质管件。

在该套热交换器的设计中，执行并适用于GB151-1999标准规范的规定。

采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果。

1、节约能源，该装置通过热交换实现养殖水与井水间的热量置换，并能对余热进行回收，大大降低了一次能源的使用量，减少能耗。

2、无污染，无有害气体排放；

3、安全，消除了以电或燃气作为动力的热交换器存在的安全隐患；

4、操作简便，该热交换器采用水流量与温度电子控制系统，自行进行流量与温度的调节，温度控制系统可操作性强、节省人工成本。

5、使用寿命长，该装置外部管道采用不锈钢材质，换热单管及毛细铜管采用铜制管件，耐压耐海水腐蚀。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的A-A截面示意图；

图3是热交换单管的结构示意图；

图4是热交换单管的竖直面上投影示意图；

在图中：1.外壳，2.换热部分排管，3.外壳封头，4.换热部分排管封头，5.进水口联结，6.出水口联结，7.排水管，8.排水阀，9.折流板，10.折流补强板，11.养殖用水进水口，12.养殖用水出水口，13.热源出水口，14.热源进水口，15.排水口，16.热源水或冷源水，17.热交换单管，18.毛细铜管

具体实施方式

图1、2是本发明的具体实施例，参阅图1，一种海水养殖用热交换器，包括设有热源出水口13和热源进水口14的外壳1与安装在外壳1内的热交换排管2，热交换排管2由多个焊有交叉排列的毛细铜管18的热交换单管17组成，热交换排管2的两端分别设有与养殖用水进水口11、养殖用水出水口12连通相接的热交换排管封头4，热交换排管封头4将热交换排管2固定在外壳1内。外壳1至少一端设有密封外壳的外壳封头3，通过打开该外壳封头3以安装或维修外壳内的热交换排管2。养殖用水进水口11和养殖用水出水口12分别通过进水口联结5和出水口联结6与外部管路连通。

如图3和图4所示，热交换单管17侧面开孔，毛细铜管18一端焊接封口，该封口端插焊入热交换单管17的侧孔内，并在方向上交叉排列，毛细铜管18在热交换单管17长度方向上的间隔距离d为35mm，毛细铜管18于热交换单管17的垂直投影上数量为4个。毛细铜管18与热交换单管17外径比值为1∶3.1，毛细铜管18焊入热交换单管17部分的长度与热交换单管17内直径比为0.32。

热交换单管17的具体尺寸为：外径R为22mm，管壁厚度为0.5～1.0mm；

毛细铜管18的具体尺寸为：外径r为6mm，长度为15mm，焊入热交换单管17部分的长度L为7mm，管壁厚度为0.5～0.8mm。

为了改变热源水或冷源水16的流态，外壳1的内侧设有折流板9与折流补强板10，通过该结构强化换热效果，所述的热源出水口13设于外壳1的顶部，热源进水口14设于外壳1的底部，外壳1的底部还装有排水装置，该排水装置包括设于外壳1底部的排水口15、与排水口15连通的排水管7及安装在排水管7上的排水阀8。

养殖用水进水口11和养殖用水出水口12采用水流量与温度电子控制系统，自行进行流量和温度的调节。

本实验例是利用本发明所提供的换热结构，以1吨/小时的用水需求量为设计目标进行设计并制作实验的，时间为2008年11月，地点为大连市金州区某工厂。

为达到切实的仿真模拟效果，实验用模拟海水使用冰块与水的混合物，其温度在0-1℃之间，外界热源为井水，其温度恒定在14.2℃左右。

实验开始后，使用阀门控制流量的调节，出口水温度恒定后提取实验数据。其结果如下表所示。

不同流量配比情况下的换热效果对比表

热源(井水温度)	模拟海水温度	流量比例(海∶井)	出口海水温度
				14.2℃	0.8℃	1∶1	12.6℃
14.2℃	0.8℃	1∶1.2	13.7℃

由上述实验证明，流量配比调节适宜的情况下，可大大提高热交换的热效果，满足或接近满足海产品养殖所需的海水温度要求，且年可节约能源理论值为80％以上。是一项实现节能减排的有效之举。

以上所述，仅为本发明的较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所以熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，根据本发明的技术方案及其本发明的构思加以等同替换或者改变均应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种海水养殖用热交换器，主要包括设有热源出水口(13)和热源进水口(14)的外壳(1)与安装在外壳(1)内的热交换排管(2)，其特征在于：所述的热交换排管(2)由多个焊有交叉排列的毛细铜管(18)的热交换单管(17)组成，热交换排管(2)的两端分别设有与养殖用水进水口(11)、养殖用水出水口(12)连通相接的热交换排管封头(4)，热交换排管封头(4)将热交换排管(2)固定在外壳(1)内。

2.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于：所述的热交换单管(17)侧面开孔，毛细铜管(18)一端焊接封口，该封口端插焊入热交换单管(17)的侧孔内，并在方向上交叉排列，毛细铜管(18)在热交换单管(17)长度方向上的间隔距离为20-50mm，毛细铜管(18)与热交换单管(17)外径比值为1∶4-1∶3，毛细铜管(18)焊入热交换单管(17)部分的长度与热交换单管(17)内直径比为0.1-0.5。

3.根据权利要求2所述的热交换器，其特征在于：所述的毛细铜管(18)焊入热交换单管(17)部分与未焊入部分长度比为0.8-1.2。

4.根据权利要求3所述的热交换器，其特征在于：所述的毛细铜管(18)于热交换单管(17)的垂直投影上数量为2-12个。

5.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于：所述外壳(1)的内侧设有折流板(9)与折流补强板(10)，所述的热源出水口(13)设于外壳(1)的顶部，热源进水口(14)设于外壳(1)的底部，外壳(1)的底部还装有排水装置。

6.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于：所述的养殖用水进水口(11)、养殖用水出水口(12)和热源进水口(14)处采用水流量与温度电子控制系统，控制进出水流量和温度的调节以及意外状况时及时关闭系统。

7.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于：热交换器组由至少一组所述的热交换器并联组成；热源出水口(13)又可以作为冷源出水口，热源进水口(14)又可以作为冷源进水口。

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